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速度梯度

发布时间:2023-09-15 14:35:54

速度梯度,指流体在两界面之间流动时,由于材料之间摩擦力的存在,使流体内部与流体和界面接触处的流动速度发生差别,产生一个渐变的速度场,称为速度梯度,或称切速率、剪切速率。

速度梯度定义

速度梯度是理性力学中一个有关变形的时间的量,它定义为:

速度梯度

式中速度梯度L是二阶张量;

表示把相对变形梯度Ft(

)对

进行一次微分并令

=t;

是梯度算符;υ是速度。把速度梯度进行加法分解(见张量),则

速度梯度

L=D+W

式中DWL的对称部分和反称部分,它们分别称为变形速率张量和转动速率张量。写成分量形式则为:

在理性力学中,研究n阶错综度里夫林-埃里克森流体 (见里夫林-埃里克森张量)要用到n阶速度梯度的概念。把上面定义的速度梯度L看为一阶速度梯度,即

,则n阶速度梯度可以写成:

它表示把相对变形梯度Ft(

)对

速度梯度

进行n次微分并令

=t的结果。

从物理上看,当流体在两界面之间流动时,由于材料之间摩擦力的存在,使流体内部与流体和界面接触处的流动速度发生差别,产生一个渐变的速度场,即为速度梯度,或称剪切速率。

速度梯度关系

速度梯度的大小与流体内部分子结构、界面作用力及温度、速度等有关。当在流体中具有速度梯度时,流速大的流体具有加速与之接近的流速慢的流体的力(或流速小的流体具有减速与之接近的流速快的流体的力),即产生了黏性力,该力随速度梯度的加大而增大,而且流速不同的两流层接触面积越大这个力越大。

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