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連續區

continuous region

李雨
2002年12月
力學名詞辭典

名詞解釋:  我們可以巨觀或微觀方法來研究流體力學問題。在微觀方法上,我們考慮分子運動,而流場之巨觀性質如速度、壓力及溫度等乃是由組成流體之眾多分子之速度統計而得。在標準狀況下,分子數密度為2.6899x1025m-3,分子平均自由徑約為6.1x10-8m。就大部分流體力學問題,流場尺度遠大於分子平均自由徑,如量測流場巨觀性質之儀器探頭約為1mm,在1mm3之空間內便有約2.7x1016個分子,因此由儀器上所量得之訊號乃眾多分子之綜合效果,而隨著時間之演變,及儀器探頭在空間之移動,所量出之訊號常呈連續變化。因此我們可忽略個別分子之運動,而假設流場性質為一空間及時間之連續函數,經由牛頓第二運動定律,導出流體運動可用一組偏微分方程式來描述。至於連續假設之合理與否,端視流場之努生數(knudsen number)而定,努生數乃分子平均自由徑與流場尺度之比值,當其小於0.1時,連續假設成立,而稱此範圍為連續區。   當努生數大於0.1時,我們便不能假設流體為連續體,而須考慮個別分子之運動。就某一分子言,除非其碰到物體邊界或與其他分子相互碰撞,該分子沿直線作等速運動。如與物體邊界碰撞,分子碰撞後之速度由物體邊界之粗糙度及溫度來決定;如與其他分子碰撞,則在適當之假設下,分子碰撞後之速度可按古典力學方法求得。當努生數遠大於1時,分子平均自由徑遠大於流場尺度,則分子在行進很遠的一段距離後,才會與其他分子發生碰撞,因此在分析上我們可忽略分子間之碰撞效應,而在此努生數遠大於1之區域,我們稱為自由分子流區(free molecular flow regime)。在估算繞地球旋轉之高軌道人造衛星之阻力時,我們可以自由分子流作分析。   當努生數介於0.1與1之間時,流場屬滑流區。在滑流區內我們需要考慮個別分子之運動,且不能忽略分子間之相互碰撞,正因為要處理分子碰撞,分析進行不易。當努生數接近於連續區時,前人曾延伸連續區之理論來加以研究,但連續區之無滑移邊界條件則改為滑移邊界條件,因而有滑流區(slip flow regime)之名。近日在處理滑流區之問題上,常採用直接模擬蒙地卡羅計算法(direct simulation Monte-Carlomethod)。在太空工業上,如太空載具在重返大氣圈時即需考慮滑流區之流場。

連續區

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學術名詞
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