
【化】 Couette flow
storeroom; warehouse
【計】 libraries; library
【醫】 bank
【經】 library
affection; love
especially; special; spy; unusual; very
【化】 tex
flow; flowage; fluxion; on the move; run; stream
【醫】 afflux; flow; fluxion; streaming movement
【經】 circulating; floating; flow
庫愛特流動(Couette flow)是流體力學中的一種基礎層流模型,特指粘性流體在兩個無限大平行平闆之間的流動。其核心特征為:一闆固定,另一闆以恒定速度平行于固定闆運動,從而通過粘性剪切力驅動流體運動。該模型由法國物理學家莫裡斯·庫愛特(Maurice Couette)于1890年提出,是研究剪切驅動流動的經典範例。
流體運動源于運動平闆的剪切作用,粘性力将動量從運動闆傳遞至流體層。在穩态、不可壓縮流體且忽略壓力梯度的條件下,流動呈現線性速度分布。速度方向與平闆平行,垂直于流動方向的截面内速度呈線性變化:固定闆處速度為零,運動闆處速度與闆速一緻。該流動滿足簡化後的納維-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations),其一維形式為: $$ frac{d u}{dy} = 0 $$ 其中 ( u ) 為流向速度,( y ) 為垂直于平闆的坐标。
速度分布公式為: $$ u(y) = U frac{y}{h} $$ 式中 ( U ) 為運動平闆速度,( h ) 為兩闆間距。剪切應力 ( tau ) 恒定且符合牛頓粘性定律: $$ tau = mu frac{du}{dy} = mu frac{U}{h} $$ 其中 ( mu ) 為流體動力粘度。
注:術語"庫愛特流動"對應英文"Couette flow",部分文獻亦譯作"庫埃特流動"。
庫愛特流動(Couette Flow)是流體力學中的一種基礎流動模式,主要描述粘性流體在邊界運動作用下的層流現象。以下是詳細解釋:
庫愛特流動指因邊界運動産生的流體流動,其驅動力來源于運動邊界的粘性剪切作用,而非外部壓力梯度。例如,兩平行平闆間的流體,當上平闆以一定速度運動時,粘性作用會帶動流體層間逐層傳遞運動。
在簡單庫愛特流動中(無壓力梯度),速度呈線性分布: $$ u(y) = frac{U}{h} cdot y $$ 其中,$U$為上平闆速度,$h$為兩闆間距,$y$為垂直方向坐标。若存在壓力梯度(複合庫愛特流動),速度分布可能疊加抛物線分量。
特征 | 庫愛特流動 | 泊肅葉流動 |
---|---|---|
驅動方式 | 邊界剪切力 | 壓力梯度 |
速度剖面 | 線性或線性+抛物線 | 抛物線(純壓力驅動) |
典型場景 | 移動平闆間流動 | 固定管道内的壓力驅動流動 |
如需更詳細的數學推導或實驗案例,可參考流體力學教材或相關流變學文獻(如)。
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