Space Exploration - pku.edu.cn · (第二节) 傅绥燕 ... –对流层:地表至17~18km。 –平流层:对流层顶至50km, 温度随高度升高,臭氧主 要集中在该层。
§2. 粘滞流体 一. 流动形态 1. 雷诺 (O.Reybolds) 实验 2. 层流 (laminar flow) 与湍流...
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2. 层流 (laminar flow) 与湍流 (turbulent flow)层流:分层流动,彼此不混合。湍流:流速出现横向分量,此时能耗与阻力都急剧增加。实验表明层流与湍流决定于液体、管径、流速。3. 雷诺数 (Reynolds’ number) 判断流动形态R > 2000 湍流 R < 1000 层流
vr
R
粘滞系数( coefficient of viscosity) ,与温度有关
湍流的学说:
1. 湍流的运动是瞬息万变、捉摸不透的,其形成完全是偶然的、随机的,湍流在每一点上的速度极不规则,极度混乱。要准确描述,就必须知道所有的初始条件,而这又是不现实的,也是不可能的,这完全类似于企图借助力学方程来研究宏观物体的所有分子的运动。因此,只能用统计的方法研究湍流在一段充分长时间内的运动(此时,初始条件将不起作用)。所以,湍流的理论应具有统计的性质。
2. 湍流的紊乱中必存在基本秩序,湍流在原理上是可以知道的。物理学家哈洛认为:湍流的基本
形式是小涡流,或是涡流,湍流中有千百个旋涡,任何一个单独的小旋涡均与其他的旋涡有关,湍流的这些特性可用非线性方程描述。
我国著名科学家周培源等人就是从湍流的旋涡结构入手,找到了组成最简单的湍流运动——均匀各向同性流——湍流圆涡流,并获得了与实践相符合的湍流衰变规律和湍流微尺度的扩散规律。
虽然人们早就注意到了湍流现象,并提出了各种观点和理论,有些还解决了局部的、简化的问题,但至今还无一个完满的、有说服力的湍流理论。湍流问题被认为是流体力学中最根本也是最困难的问题。
2 粘滞阻力( viscosity resistance)
实验证明: sdZdv
f Z 0
)(
粘滞系数
f 不易流动,粘度大。
的关系:与T T液体:
T气体:
滞性。气体是分子碰撞产生粘产生粘滞性,原因:液体是分子引力
二 . 流动规律1. 伯努利方程 (Bernoulli’s theorem)设 ω→ 单位体积的流体从 S1→S2 的能耗。则由能量守恒可得
22221
211 2
1
2
1ghvpghvp
2121 vvss ,则若为定常流动,且 2211 ghpghp )()或:( 2121 hhgpp
度差或压强差。即:输运过程必须有高
2.泊松叶公式 (Poiseuille’s formula)—— 流量方程
条件:圆形管道,水平放置,层流421 )(
8r
ppQ
管道两端的压强差
粘滞系数
管道半径管道长度
平均流速.3 )( 21
2
8pp
rsQ
v
四 .高速离心机加速微粒的沉降速率 ; 分离不同的微粒。例:直径数微米的红血球可直接在重力场 (gravit
ational field) 中沉降,而直径小于微米的蛋白质、病毒分子则无法在重力场中沉降。
用高速离心机当: ω=6×104转/分, r = 6cm ,可产生的离心加速度为 24 万 g 。
分析沉降速率:设液体密度为 ρ0 ,微粒密度 ρ
受力情况:
;200 mraVF kvf :阻力
rmkvm
r 220
k
rmv
)1( 02
的关系。沉降速率与微粒、介质
Rk 6若为球形微粒:则 则有:
rRrR
v 202
20
3
9
)(2
R6
)(34
浮力( buoyancy)
由牛顿第二定律得 (Newton’s second law of motion) :
实际中 v 可测出,则可在溶液中得到不同 R值的微粒。自然之迷: 鄱阳湖的“魔鬼三角” 这是江西鄱阳湖的北湖区被称为“老爷庙”的水域。“魔鬼三角”水域发生的灾难是惊心动魄的。 1945年 4月 16日,一艘日本运输巨轮“神户号”驶到老爷庙水域,突然无声无息的沉入水中,船上 200多人无一生还。其后,日本海军曾派人潜入湖中侦察,下水的人除一人返回外,其他人均神秘失踪。返岸者脱下潜水服后,神情恐惧,接着就精神失常了。
抗战胜利后,美国的爱德华 波尔一行人来到鄱阳湖,经数月打捞仍一无所获,几名美国潜水队员也相继失踪。 40年过去了,爱德华 波尔终于向世人首次披露了他在鄱阳湖底摄人魂魄的经过。他写到:“几天内,我和三个伙伴在几公里的水域搜寻神户号,没发现一点踪影,庞然大物究竟在哪里?正当我们沿着湖底继续向西北方向寻去时,忽然不远处闪出一道耀眼的白光,飞快的向我射来。顿时平静的湖底出现了剧烈的震动,耳边呼啸如雷的巨声隆隆滚来。白光在鄱阳湖底滚动,我的三个伙伴随着白光的吸引力翻滚而去,我挣扎出水面,我的同伴下落不明…… 这里为何多灾多难?前些年江西省政府组成
以气象工作者为主的考察队进行考察,经过近两年的设点观测,取得 20多万个原始数据,进行分析后初步揭开了这个“魔鬼三角”之迷”。“老爷庙”水域位于鄱阳湖的咽喉要道,水域好似一个喇叭口,每当冷气南下,盛吹偏北风时,由于“狭管效应”,使湖面风速巨增,春夏季节,天气变化较剧烈复杂,湖岸地带每年都会出现破坏力极强的龙卷风。如 1985 年 8月 3日 6 时,在水域的西南方湖面出现一次龙卷风,把一条小船卷起十多米高,摔成碎片,把另一条船从湖边卷到了围堤外边。 此外,这里水文情况复杂,许多江河支流的强大水流在这里交汇,有五大江河必经这里注入长江,由于这里是狭窄的咽喉要道,同样造成水流的“狭管效应”,使流速增大,水流紊乱并产生漩涡。
由此可见,“老爷庙”水域的地理环境、天气和气侯特点及复杂的水文状况是这里频频发生灾难的主要原因。 不过,“魔鬼三角”还出现过一连窜神秘现象,如黑夜里湖上会闪烁硕大的荧光圈,附近的井里会发出奇怪的声响以及那湖底的“白光”等等,仍令人不解。科学家们已决心借助激光、远红外线、卫星遥感等高科技手段,彻底揭开“魔鬼三角”之迷。
摘自《读者周末报》
水往高处流 在新疆大漠深处克孜勒苏自治州乌恰,距县城190公里处有一条名叫什克的小河。这条小河呈南北走向,眼见小河从上游的低洼之处沿着山坡象蛇一样逶逶向上流行,最后竟爬上一个十几米的小山包。河流在山包上转了两个弯,然后在山包的另一侧又顺着山坡向下流去。驻守这个山包的战士天天用此水烧水、煮饭、洗衣、浇地,只是弄不清这河水为何往高处流。测绘人员曾专程来这里实地考察证实山包确实高出地面 14.8米。有不少地理、地质学家亲临实地考察,也未得出科学的解释。 评说:水往低处流是由万有引力定律所决定的并已为千百次的事实所证实,违反万有引力定律的