特征长度
在物理上,特征长度是指可定义物理系统的重要尺度,一般会出现在一些公式中,表达系统的一些尺寸特性。特征长度会用到的应用包括无因次量(像是雷诺数、毕奥数及努塞尔特数)的公式,这是因次分析以及流体力学的基础。
在计算力学中,特征长度是用来调整本构方程中应力集中程度的数值,特征长度和积分点有关,若是二维分析,特征长度是面积的平方根,若是三维分析,特征长度是体积的立方根[1]。
例子
特征长度常会用体积除以表面积来求得[2]
例如,特征长度会用在计算经过圆管及非圆管的流动时(雷诺数)。此情形下,管路的特征长度会是圆管的直径,以及非圆管的水力直径(hydraulic diameter) :
其中是管路的截面积,为其湿周,此定义方式会在圆管时简化成直径D。
若是经过边长a方管的水流,其水力直径为:
若是边长分别为a和b的长方管:
若是明渠流,湿周只包括接触液体的渠壁[3]。
在火箭发动机的燃烧室中,特征长度定义成燃烧室体积除以喉区面积[4]。因为拉伐尔喷管的喉区小于燃烧室的截面积,其特征长度会比燃烧室的实际长度要长。
参考资料
- ^ J. Oliver, M. Cervera, S. Oller, Isotropic damage models and smeared crack analysis of concrete., Proceedings of SCI-C 1990 (1990) 945–958.
- ^ Characteristic Length - calculator. fxSolver. [2018-07-08].
- ^ Çengel, Yunus A.; Cimbala, John M. Fluid mechanics: fundamentals and applications 3rd. New York: McGraw Hill. 2014. ISBN 978-0-07-338032-2. OCLC 880405759.
- ^ What is Characteristic Length in a rocket engine?. space.stackexchange.com. 20 August 2017.
外部链接
- Definition (页面存档备份,存于互联网档案馆)