
【化】 velocity distribution
在漢英詞典的語境中,“速度分布”(velocity distribution)指某一物理系統中粒子或流體單元在不同位置或時刻的速度矢量集合描述。該概念廣泛應用于流體力學、空氣動力學和統計物理學領域,常通過概率密度函數或矢量場形式呈現。
從學科交叉視角分析,速度分布具有三層核心含義:
統計力學定義:麥克斯韋-玻爾茲曼分布公式揭示理想氣體分子速度的概率分布: $$ f(v) = sqrt{frac{m}{2pi kT}} 4pi v e^{-frac{mv}{2kT}} $$ 其中$m$為分子質量,$k$為玻爾茲曼常數,$T$為熱力學溫度(來源:《統計物理學導論》Springer出版社2019版)。
流體動力學表現:納維-斯托克斯方程中速度場$vec{u}(x,y,z,t)$的空間梯度分布,反映流體剪切速率與粘性力的相互作用關系(參考:劍橋大學工程系《流體力學基礎》課程講義)。
工程測量标準:依據ISO 3966:2020《封閉管道中流體流量的測量》,速度剖面測量需采用皮托管陣列或激光多普勒測速法,确保獲得管道橫截面的三維速度分布數據。
該術語在英漢對照時需注意語境差異:漢語強調“分布形态”的幾何特性,英語側重“distribution pattern”的統計特征。NASA空氣動力學數據庫收錄超過120種典型速度分布模型,包括層流抛物線分布和湍流對數律分布(來源:NASA Technical Report Server)。
速度分布是流體力學和統計力學中的重要概念,指系統中微觀或宏觀速度狀态的統計描述或空間分布規律。具體可分為以下兩類:
描述流體中不同位置質點的速度大小及方向的變化規律。例如:
圓管層流:速度呈抛物線分布,中心速度最大,管壁處為零。公式為: $$ v(r) = frac{Delta P}{4eta L}(R - r) $$ 其中 ( R ) 為管道半徑,( r ) 為徑向坐标,( eta ) 為流體黏度。
湍流:速度分布更均勻,邊界層内存在速度梯度,核心區近似均勻。
描述大量粒子在熱平衡狀态下速度的概率分布,典型代表為麥克斯韋-玻爾茲曼分布: $$ f(v) = 4pi left( frac{m}{2pi kT} right)^{3/2} v e^{-frac{mv}{2kT}} $$ 其中 ( m ) 為分子質量,( T ) 為溫度,( k ) 為玻爾茲曼常數。該分布表明:
理解速度分布需結合具體場景:宏觀流體問題關注空間速度場,微觀統計問題側重概率分布特征。實驗測量中可通過激光測速儀(流體)或光譜分析(分子運動)驗證理論模型。
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