Qual é a definição de fluido ideal (qual é a diferença entre fluido ideal e fluido real)

Modelo de fluido viscoso

A viscosidade de um fluido é uma propriedade física do fluido. Ela indica a dificuldade de transferência de momento entre várias partes do fluido e reflete o capacidade de resistir à deformação por cisalhamento. O fluido viscoso é o modelo de todos os fluidos reais e tem significado universal.

Newton propôs pela primeira vez a fórmula da tensão de cisalhamento do fluido viscoso por meio de experimentos, o que criou condições para o desenvolvimento da mecânica dos fluidos viscosos.

Em 1823, L. Navier e G.G. Stokes estabeleceram as equações de movimento de fluidos viscosos incompressíveis e compressíveis, respectivamente. Desde então, pesquisas sobre camada limite e teoria da turbulência têm sido amplamente realizadas.

Embora a viscosidade de um fluido seja medida pela viscosidade dinâmica μ, um fluido com μ não é necessariamente tratado como um fluxo de fluido viscoso. De acordo com a lei do atrito interno de Newton, a tensão de cisalhamento está relacionada à viscosidade dinâmica μ e ao gradiente de velocidade.

Portanto, embora a viscosidade dinâmica do fluido seja grande, se o gradiente de velocidade do campo de fluxo for pequeno e a tensão de cisalhamento ainda for pequena, ele pode ser tratado como um fluxo invíscido.

Pelo contrário, se a viscosidade do fluido for pequena, mas o gradiente de velocidade do campo de fluxo for grande, ainda será necessário tratá-lo como um fluxo viscoso.

Em 1904, Prandtl propôs a teoria da camada limite. O fluxo é dividido em duas regiões: na região distante do limite (região de fluxo potencial), o efeito viscoso pode ser ignorado e a teoria do fluido invíscido é usada para resolver o problema.

Em uma região de camada fina próxima ao limite, o efeito viscoso não pode ser ignorado, e a teoria do fluxo viscoso deve ser usada para resolvê-lo. Desta forma, a teoria da camada limite não apenas fornece a formulação matemática correta, mas também utiliza a teoria do fluxo viscoso para explicar a existência de resistência neste caso.

A turbulência é um aspecto importante do fluxo de fluido viscoso. Experimentos mostram que o fluxo de fluido tem dois estados de fluxo, fluxo laminar e fluxo turbulento. Muitos fluxos laminares na natureza são frequentemente instáveis. Com uma ligeira perturbação, o fluxo laminar transforma-se imediatamente em fluxo turbulento. A principal diferença entre o fluxo turbulento e o fluxo laminar está na sua irregularidade e no aumento dramático na capacidade de transporte.

No entanto, devido à complexidade do movimento turbulento, seu mecanismo de ocorrência ainda não está claro. Atualmente, a pesquisa sobre fluxo turbulento resolve principalmente as equações básicas do movimento de fluidos viscosos através do movimento médio e do movimento de flutuação do fluxo turbulento.

Modelo de fluido ideal

Como mencionado anteriormente, os fluidos reais são todos viscosos e são fluidos viscosos. Um fluido sem viscosidade é chamado de fluido ideal, que é um fluido imaginário que não existe no mundo objetivo.

A suposição de fluido ideal é introduzida na mecânica dos fluidos porque em situações onde a viscosidade do fluido real não pode ser expressa (como em fluidos estacionários ou fluidos fluindo em uma linha reta uniforme), o fluido real pode ser completamente Ao lidar com fluidos ideais.

Em muitas situações, queremos encontrar o fluxo de viscoso fluidos. Uma solução exata é difícil. Para alguns problemas onde a viscosidade não desempenha um papel importante, a influência da viscosidade será ignorada pela primeira vez, o que simplifica muito a análise do problema e conduz à compreensão das leis básicas do fluxo de fluidos.

Por exemplo, quando as ondas de água se propagam em um rio, elas ainda não desaparecem em longas distâncias. Quando a atmosfera se move alto no céu, muitas vezes ela viaja milhares de quilômetros.

Isso mostra que neste tipo de fluxo a viscosidade não desempenha um papel importante, portanto sua viscosidade é omitida para que a análise seja simples e suas principais leis de movimento possam ser obtidas.

Quanto à influência da viscosidade, os coeficientes de correção necessários podem ser introduzidos com base em experimentos e as regras de fluxo derivadas de fluidos ideais podem ser discutidas e corrigidas.

Além disso, mesmo para problemas reais de fluxo onde a viscosidade é o principal fator de influência, primeiro estude o fluxo de um fluido ideal, independentemente do efeito da viscosidade, depois introduza o efeito da viscosidade e, em seguida, estude o fluxo mais detalhado do fluido viscoso.É uma situação complexa e está de acordo com a lei de compreender as coisas do simples ao complexo.

Com base nos pontos acima, na mecânica dos fluidos, o fluxo do fluido ideal é estudado primeiro e depois o fluxo do fluido viscoso é estudado.

Usando o modelo de fluxo de fluido ideal, um fluido ideal é formado Teoria mecânica. Esta teoria desempenha um papel importante na explicação de muitos problemas práticos, como sustentação da asa e arrasto induzido.

Mas não pode explicar questões importantes como a resistência de objetos que se movem em fluidos e a pressão em tubulações e canais. Para este tipo de problema, existe uma grande lacuna entre o modelo de fluxo de fluido ideal e o fluido real.