气体、流体流动与波光学知识解析
1. 粘性流动
在流体流动中,最简单的流动是介质内无相互作用的层流,此时流体在边界处速度为零。若不存在湍流,可通过指定液体的粘度来引入内摩擦力。
对于半径为 (R)、长度为 (L) 的圆形管道,在压力 (P) 的驱动下,粘度为 (\eta) 的流体速度 (v) 满足以下关系:
- 速度梯度:(\frac{dv}{dr}=-\frac{2Pr}{\eta L})
- 速度分布:(v(r)=\frac{P}{L}\frac{(R^2 - r^2)}{\eta})
流体的速度取决于单位长度的压力,且与粘度成反比。在圆柱管中心速度最大,在管壁处速度为零。总体积流量为:(\frac{dV}{dt}=\frac{\pi R^4(P/L)}{2\eta}),其中 (R^2) 来自速度,另一个 (R^2) 来自管道的横截面积。
以下是 MATLAB 代码示例:
% laminar flow in a cylindrical pipe
% Frictional Force in Fluid, viscosity Balances Pressure Force
% dv/dr = Velocity Gradient = -2Pr/(eta*L)
P = 1; % Pressure in Atm
P = P .*10 .^5; % 1 Atm ~ 10^5 Pa
eta = 1006 .*10.^-6; % uPa*sec water viscosity
fac = 1; % Factor for liquid viscosity w.r.t. wa
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