首页 理论教育简单一维流体流动的基础特征及应用

简单一维流体流动的基础特征及应用

【摘要】:然而使用理论解析法必须设定某些假设以简化问题来降低研究过程的难度,而简单一维流体流动的数学模型就是流体力学理论发展初期最常用的数学建模方式。虽然使用简单一维流动的假设可以大幅地降低低速流动问题研究的难度,让早期的理论研究得以进一步的发展,但不可否认的是过度的简化问题往往会影响研究结果的可用性与精确度。

任何工程问题的理论研究都是从简到繁、从易到难的,对于流体力学问题的理论研究也不例外。在流体力学问题理论研究发展的早期,由于计算机不够普及且运算能力不够强大,只能使用理论解析法去计算流体的流动性质和流速的变化与流动的基本规律。然而使用理论解析法必须设定某些假设以简化问题来降低研究过程的难度,而简单一维流体流动的数学模型就是流体力学理论发展初期最常用的数学建模方式。虽然使用简单一维流动的假设可以大幅地降低低速流动问题研究的难度,让早期的理论研究得以进一步的发展,但不可否认的是过度的简化问题往往会影响研究结果的可用性精确度。时至今日,计算机技术的迅速发展造成其运算能力日渐强大,人们开始广泛地使用数值计算法(Numerical algorithm)来解决复杂的流动问题。尽管如此人们仍然会使用简单一维流体流动的概念去处理流体力学问题,其主要的原因有二:一个是在低速流动问题研究的初期,使用简单一维流体流动的数学模型所得结果能够指导实验研究和数值计算,使它们富有成效及少出偏差,得以节省问题研究过程初期耗费的先期投资与研究的时间、人力和成本,或是用来预判研究时可能发生的风险;另一个是作为培育后续科技人才,训练新接触流体力学问题的研究者利用假设去简化研究工作的难度并有效地解决问题,在训练的过程中,培养其独立处理问题与系统性创新的能力。因为这种研究的数学模型都用于计算低速液体流动或不可压缩气体流动的问题,所以又被单独归属于低速流体力学或者不可压缩流体力学的研究范畴。