1.2 连续介质模型
流体是由大量不断做无规则热运动的分子所组成。从微观角度来看,流体分子间存在着间隙,所以流体的物理量(如密度、压力和速度等)在空间上的分布是不连续的。同时,由于分子的随机运动,又导致任一空间点上的流体物理量随时间的变化也是不连续的。因此,从微观角度来看,流体物理量的分布在空间和时间上都是不连续的。
现代物理学研究表明,在标准状态下,1cm3水中约有3.3×1022个水分子,1cm3气体约有2.7×1019个分子,流体的分子平均自由程很小,往往远小于一般工程问题的特征尺寸,并且流体力学关心的是流体宏观特性,即大量分子的统计平均特性。因此,提出流体的连续介质模型。
流体的连续介质模型假定流体是由连续分布的流体质点所组成,即认为流体所占据的空间完全由没有任何空隙的流体质点所充满,流体质点在时间过程中做连续运动。这里所说的流体质点,是指流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体,具有以下特点:
(1)宏观尺寸非常小,无尺度,可视为一个点;微观尺寸足够大,内含足够多的流体分子。
(2)具有质量、密度、压强、流速、动能等宏观物理量,这些物理量是流体质点中大量流体分子的统计平均值。
(3)流体质点的形状可任意划定。
根据流体的连续介质模型假设,表征流体性质和运动特性的物理量和力学量一般为空间坐标和时间变量的连续函数,如压强p=p(x,y,z,t)。这样就可以用数学分析方法来研究流体运动,解决流体力学问题。