亚音速枪弹气动外形设计与分析(10)

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根据流体的压缩性及粘度等物理性质可以对流体进行下面3种分类。根据流体压缩性的大小，可以将流体分为可压缩流体和不可压缩流体。密度随着压强变化较大且不可视为常数的流体，称为可压缩气体；相反，密度随着压强变化很小且可视为常数的流体，称之为不可压缩流体。根据是否考虑流体的粘性，把流体分为理想流体和实际流体两类。在理论研究的初期，学者们通常将流体看作没有粘性，即理想流体来考虑，大大简化了问题。而我们现在进行流体运动仿真时，通常需要考虑流体的粘性，即当成实际流体来处理，这样的模拟结果更贴近实际。根据流体是否满足牛顿内摩擦定律，可以把流体分为牛顿流体和非牛顿流体。符合牛顿内摩擦定律，切应力与速度梯度成正比的流体称为牛顿流体；反之，切应力与速度梯度不符合线性分布，不满足牛顿内摩擦定律的流体为非牛顿流体，其又可分为塑性流体，假塑性流体与膨胀性流体3种。无论是平衡还是运动状态的流体都受到各种力的作用。作用在流体隔离体上的力，按其表现形式可以分为质量力和表面力。作用在流体每一质点上，且与所作用流体的质量成正比的力为质量力。最常见的质量力有重力和惯性力两种。作用在流体表面山，并与受到作用流体表面积成正比的力称为表面力。表面力可以分为垂直于作用面的压力和平行于作用面的切力。理想流体运动时只受到压力作用，而实际运动的流体既受到压力作用，又受到切力作用。正确分析作用在流体上的力是研究流体平衡和运动规律的基础[15]。

流体运动是由无数质点构成的连续介质的流动，描述流体运动的方法有拉格朗日法和欧拉法两种。拉格朗日法把流体质点作为研究对象，着眼于观察质点的流动情况。通过研究每个质点的位置和压强等物理量随时间的变化规律，综合流场流体的运动规律。而欧拉法着眼于整个流场中各空间点流动参数随时间的变化，研究流体压强和流速等物理量在空间点上的分布情况，综合流场中的所有点，便可得到整个流场流动参数的变化规律。

根据流体流动过程中物理属性的变化及流体的结构，流态等，可以将流体流动进行下面几种分类。按流动要素是否随时间变化可以将流体流动分为定常流动和非定常流动。定常流动是指流场中任何一空间点上各运动要素均不随时间变化的流动，而非定常流动中至少有一个运动要素要随时间变化。均匀流是指沿流动方向流场中各点的流速均相同的流动，而非均匀流是指流场中相应点的流速大小和方向只要有一个沿程改变的流动。非均匀流又可以分为渐变流和急变流，渐变流是指非均匀流中流动沿程变化缓慢，因加速度产生的惯性力很小，相对于重力可以忽略不计的流动，因此渐变流可近似为均匀流求解问题。若流体质点互补不掺混，有条不紊地作有序的成层流动，这种流动状态称为层流。反之，流体质点相互掺混，作无序的随机运动，此时的流动状态称为湍流。对于湍流而言，其局部速度和压力等物理量在时间和空间中都可能发生不规则的脉动。

流体具有连续变形的性质，因此，除了可表现出刚体质点运动的平移与旋转外，还可以表现出变形运动。按照流体微团运动是否存在旋转，可以将流体分为无旋流动，和有旋流动。根据流体所在的流动空间区域，可以将流动分为内部流动和外部流动。内部流动是指在一定结构的限制空间内的流动，如管道和渠道内的流动。外部流动是指流体从物体外侧绕过的流动，如圆柱绕流等。此研究课题就属于外部流动。