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压缩机熔浆

发布时间: 2022-04-20 15:19:36

㈠ 更多实用设备 岩浆发电机怎么用

1、地热发电机是消耗岩浆产生电,用电线把电输出到用电器或者存电箱

2、工业钻石先吧煤炭打粉,8炭粉+1燧石合成煤球,煤球放压缩机压缩成压缩煤球,再8压缩煤球+1 黑曜石/ 砖块(红砖合的)/ 铁块合成 煤块(这一步当然咱们用砖块了啊,便宜)。最后一步煤块放压缩机。完成= =
另外其实工业exp工业钻石和普通钻石合成表通用。一般都没人做工业钻石- -

3、降温的话我就只记得核电和最新更新的热能核电要用了,实验版工业实际已经没有电压会把机器弄爆的设定了,我基本没管,但是工业实验版扩展,如高级机器mod仍然最高电压128,超过这个电压机器就爆炸。

4、uu就是用消耗巨大(真的相当巨大到不可饶恕QAQ)的电力凭空合成的物质,该过程可以用回收机制造的废料加速并且减少电力的消耗、可以用来制作钻石、铱(用于做量子套,量子套做法你查合成表吧)等稀有材料,方法是
(楼下说的是老版的方法)
1)将想要制作的物品放入模式扫描机进行扫描(也就是说你想要制造铱矿前提是你得有铱,这个东西只能开地牢箱子获得)。注意并不是所有物品都可以(基本就只有泥土,原石以及各种矿物能扫描出结果)
2)扫描成功的物品的信息放入模式存储机或者模式储存水晶
3)用物质复制机读取上模式储存机的信息(需要这两个机器贴在一起),或者吧存有信息模式储存水晶放进物质复制机,点击开始复制(单次复制和循环复制两种模式)
4)把UU制造机(英文直译为量子对撞机)制造的uu液体导入复制机这样复制机就会消耗对应的uu液体和电力复制东西了

纯用机器的话机器下面这样摆比较好

模式扫描机 模式存储机 复制机 量子对撞机(安装流体弹出插件)

PS:这东西纯工业exp不加其他的发电的mod的话不弄个两三个全力运作的核电站完全就电力不够,或者用超大型太阳能发电阵列,风力发电阵列之类的,总之就是想尽一切办法搞到电。

5、电线就像你平时放方块一样放,把机器贴着电线就好了(当然你得有电力输出如发电机和存电箱的电力输出口)

㈡ 河道淤泥清理方案

1.水下清淤: 抓斗式清淤、 泵吸式清淤、 普通绞吸式清淤

水下清淤一般指将清淤机具装备在船上,由清淤船作为施工平台在水面上操作清淤设备将淤泥开挖,并通过管道输送系统输送到岸上堆场中。水下清淤有以下几种方法。

a.抓斗式清淤:利用抓斗式挖泥船开挖河底淤泥,通过抓斗式挖泥船前臂抓斗伸入河底,利用油压驱动抓斗插入底泥并闭斗抓取水下淤泥,之后提升回旋并开启抓斗,将淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的驳泥船中,开挖、回旋、卸泥循环作业。清出的淤泥通过驳泥船运输至淤泥堆场,从驳泥船卸泥仍然需要使用岸边抓斗,将驳船上的淤泥移至岸上的淤泥堆场中。

抓斗式清淤适用于开挖泥层厚度大、施工区域内障碍物多的中、小型河道,多用于扩大河道行洪断面的清淤工程。抓斗式挖泥船灵活机动,不受河道内垃圾、石块等障碍物影响,适合开挖较硬土方或夹带较多杂质垃圾的土方; 且施工工艺简单, 设备容易组织, 工程投资较省,施工过程不受天气影响。 但抓斗式挖泥船对极软弱的底泥敏感度差, 开挖中容易产生“掏挖河床下部较硬的地层土方, 从而泄露大量表层底泥, 尤其是浮泥” 的情况; 容易造成表层浮泥经搅动后又重新回到水体之中。 根据工程经验[3-5] , 抓斗式清淤的淤泥清除率只能达到 30% 左右, 加上抓斗式清淤易产生浮泥遗漏、 强烈扰动底泥, 在以水质改善为目标的清淤工程中往往无法达到原有目的。

b.泵吸式清淤:也称为射吸式清淤,它将水力冲挖的水枪和吸泥泵同时装在1 个圆筒状罩子里, 由水枪射水将底泥搅成泥浆, 通过另一侧的泥浆泵将泥浆吸出, 再经管道送至岸上的堆场, 整套机具都装备在船只上, 一边移动一遍清除。 而另一种泵吸法是利用压缩空气为动力进行吸排淤泥的方法, 将圆筒状下端有开口泵筒在重力作用下沉入水底, 陷入底泥后, 在泵筒内施加负压, 软泥在水的静压和泵筒的真空负压下被吸入泵筒。 然后通过压缩空气将筒内淤泥压入排泥管, 淤泥经过排泥阀、 输泥管而输送至运泥船上或岸上的堆场中。

泵吸式清淤的装备相对简单,可以配备小中型的船只和设备,适合进入小型河道施工。一般情况下容易将大量河水吸出,造成后续泥浆处理工作量的增加。同时,我国河道内垃圾成分复杂、大小不一,容易造成吸泥口堵塞的情况发生。

c.普通绞吸式清淤:普通绞吸式清淤主要由绞吸式挖泥船完成。绞吸式挖泥船由浮体、铰绞刀、上吸管、下吸管泵、动力等组成。它利用装在船前的桥梁前缘绞刀的旋转运动,将河床底泥进行切割和搅动,并进行泥水混合,形成泥浆,通过船上离心泵产生的吸入真空,使泥浆沿着吸泥管进入泥泵吸入端,经全封闭管道输送(排距超出挖泥船额定排距后, 中途串接接力泵船加压输送) 至堆场中。

普通绞吸式清淤适用于泥层厚度大的中、大型河道清淤。普通绞吸式清淤是一个挖、运、吹一体化施工的过程,采用全封闭管道输泥,不会产生泥浆散落或泄漏; 在清淤过程中不会对河道通航产生影响, 施工不受天气影响, 同时采用 GPS 和回声探测仪进行施工控制, 可提高施工精度。 普通绞吸式清淤由于采用螺旋切片绞刀进行开放式开挖, 容易造成底泥中污染物的扩散, 同时也会出现较为严重的回淤现象。 底泥清除率一般在 70%左右。 另外, 吹淤泥浆浓度偏低, 导致泥浆体积增加, 会增大淤泥堆场占地面积。

2. 环保清淤

环保清淤包含两个方面的含义,一方面指以水质改善为目标的清淤工程,另一方面则是在清淤过程中能够尽可能避免对水体环境产生影响。环保清淤的特点有:①清淤设备应具有较高的定位精度和挖掘精度, 防止漏挖和超挖, 不伤及原生土;②在清淤过程中,防止扰动和扩散, 不造成水体的二次污染, 降低水体的混浊度, 控制施工机械的噪音,不干扰居民正常生活;③淤泥弃场要远离居民区, 防止途中运输产生的二次污染。

环保绞吸式清淤是目前最常用的环保清淤方式,适用于工程量较大的大、中、小型河道、湖泊和水库,多用于河道、湖泊和水库的环保清淤工程。环保绞吸式清淤是利用环保绞吸式清淤船进行清淤。环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头,清淤过程中,利用环保绞刀头实施封闭式低扰动清淤,开挖后的淤泥通过挖泥船上的大功率泥泵吸入并进入输泥管道,经全封闭管道输送至指定卸泥区。

环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头具有防止污染淤泥泄漏和扩散的功能,可以疏浚薄的污染底泥而且对底泥扰动小,避免了污染淤泥的扩散和逃淤现象,底泥清除率可达到95% 以上; 清淤浓度高, 清淤泥浆质量分数达 70% 以上, 一次可挖泥厚度为 20~110 cm。 同时环保绞吸式挖泥船具有高精度定位技术和现场监控系统, 通过模拟动画,可直观地观察清淤设备的挖掘轨迹; 高程控制通过挖深指示仪和回声测深仪, 精确定位绞刀深度, 挖掘精度高。

淤泥固化技术处理

清淤泥浆的初始含水率一般在80% 以上, 而淤泥的颗粒极细小, 黏粒含量都在 20%以上, 这使得泥浆在堆场中沉积速度非常缓慢, 固结时间很长。 吹淤后的淤泥堆场在落淤后的两三年时间内只能在表面形成 20 cm 左右厚的天然硬壳层, 而下部仍然为流态的淤泥, 含水率仍在1. 5 倍液限以上, 进行普通的地基处理难度很大。 堆场表层处理技术则是利用淤泥堆场原位固化处理技术, 人为地在淤泥堆场表面快速形成一层人工硬壳层, 人工硬壳层具有一定的强度和刚度, 满足小型机械的施工要求, 可以进行排水板铺设和堆载施工, 从而方便对堆场进一步的处理。 人工硬壳层的设计是表层处理技术的关键, 主要考虑后续施工的要求, 结合下部淤泥的性质, 通过试验和模拟确定硬壳层的强度参数和设计厚度, 人工硬壳层技术又往往和淤泥固化技术相结合形成固化淤泥人工硬壳层, 也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 颗粒形成轻质人工硬壳层则效果更佳。

最新的清淤技术目前有以下几种:

a. 高浓度原位环保清淤方法。由于目前常用的环保清淤方法清淤出的淤泥浓度在15%~20%左右, 水分子的体积要远大于土颗粒的体积, 清淤泥浆的体积大约为颗粒的4~5倍。这些高含水泥浆往往需要较大的堆场进行放置, 很多清淤工程因为堆场场地的问题而受到严重制约。 高浓度原位环保清淤能够降低清淤过程中泥浆的增容率, 在中间输送过程中可以使泥浆含水率得到降低, 将淤泥直接变成可以用于填土的土材料使用。 因此, 为了节省占地和降低整个清淤和淤泥处理的成本, 高浓度原位环保清淤技术已经成为未来

的发展趋势。

b. 堆场淤泥快速排水技术。目前大多数内河清淤的淤泥都在堆场中堆放。淤泥堆场经过地基处理,解决其长期沼泽状态的问题后可用于建设、景观、农田利用的土地。而这一地基处理过程就是淤泥固结排水的过程。淤泥黏粒含量高,透水性差,在自重作用下的固结时间长,自重固结后的强度低。淤泥的快速排水固结问题成为一个亟待解决的问题。软黏土地基使用的真空预压法和堆载预压法,对于淤泥往往难以发挥良好的效果。淤泥含水率极高,处于流动状态,颗粒之间的有效应力非常低,在高压抽真空的状态下淤泥颗粒会和间隙水一起流动,从而使排水板出现淤堵而无法排水。如何解决排水系统的淤堵问题成为淤泥快速排水的关键。堆场淤泥快速排水技术是在淤泥内铺设多层多排水平排水通道,其层间距、排间距都在60~80 cm左右, 以形成高密度泥下排水网络。将该网络与地面密封的水平排水管密封连接, 再与射流排水装置连接后抽气抽水, 可加快淤泥的排水速度。 目前这一技术开发和其中的关键问题尚处于探索的初期阶段。

淤泥资源化利用技术

淤泥资源化利用技术包括把淤泥制成砖瓦的热处理方法。热处理方法是通过加热、烧结将淤泥转化为建筑材料,按照原理的差异又可以分为烧结和熔融。烧结是通过加热800~1 200℃,使淤泥脱水、有机成分分解、粒子之间黏结,如果淤泥的含水率适宜,则可以用来制砖或水泥。熔融则是通过加热1 200~1 500℃使淤泥脱水、有机成分分解、无机矿物熔化,熔浆通过冷却处理可以制作成陶粒。热处理技术的特点是产品的附加值高,但热处理技术能够处理的淤泥量非常有限,比如普通制砖厂1年大概能消耗淤泥5万m3, 不能满足目前我国疏浚淤泥动辄上百万立方米发生量的处理需求, 从淤泥的大规模产业化处理前景来讲, 固化、 干化、 土壤化的淤泥资源化利用技术是具有生命力的, 若与堆场处理技术相结合则更能显示出效益。


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㈢ 岩浆及其物理性质

(一)岩浆及岩浆作用

岩浆(magma)是在地幔或地壳深处形成,炽热、粘稠,以硅酸盐为主要成分,含有挥发分和晶体的熔融体。岩浆可以全部由液相的熔体组成,也可以是熔体、固态物质(晶体或岩石碎块)和挥发分的混合物。尽管岩浆以硅酸盐成分为主,但也发现有碳酸盐等成分的岩浆。

岩浆的产生与地球内部温度(增温)、压力(降压)和挥发分(加入挥发分)的变化有关(详见第十二章)。最初形成的熔体分散于固态矿物颗粒之间,随着熔融程度的增大,熔体会逐渐流动、汇聚而与固态的颗粒相分离,形成大的岩浆囊甚至成为岩浆房(magmachamber)。在岩浆源区,熔体与固相残余的分离和聚集的过程,就称为岩浆分凝作用(magmatic segregation)。随着分凝作用的进行,岩浆就可能获得更大的动力而从源区上升、侵位到地下深处甚至会喷出到地表。我们把岩浆侵位于地下深处的过程称为岩浆的侵入作用(intrusion),而把岩浆喷出到地表的过程称为火山作用(volcanism)。相应地,形成侵入岩和火山岩(喷出岩)。

岩浆从源区产生,到分凝、上升、侵位于地下深处和喷出到地表,最后固结、冷凝形成岩浆岩的全过程,统称为岩浆作用(magmatism)。岩浆作用的历史和所形成的火成岩体特征是由地质环境和岩浆性质共同控制的。其中,岩浆的温度、密度、粘度等物理性质起着至关重要的作用,而这些物理性质又与岩浆的化学成分密切相关。今天我们在地表看到的火成岩,是地质历史时期岩浆作用的产物。火成岩的成分能够部分反映当时岩浆的成分(挥发分除外),但根据火成岩则无法直接观察到岩浆的物理性质。所幸的是,现代的火山活动为我们提供了岩浆的真实样品,使我们可以直接观测大部分岩浆的物理和化学性质。

(二)岩浆的性质

1.岩浆的温度

岩浆的温度很高,这从现代火山喷发的景象及其对周围环境的危害就可以看出。例如,1980年美国圣海伦斯火山喷发,炽热的火山灰喷发物覆盖了周围的山区,密布的原始森林全部燃烧成木炭,居民的汽车被熔化。目前记录的喷发熔岩的温度大都在800~1200℃范围内,直接测定的现代火山岩浆的温度见表2-1。可以看出,玄武质岩浆温度最高,其次为安山质岩浆,流纹质岩浆温度最低;即从贫硅富镁铁质的基性岩浆到富硅的酸性岩浆,岩浆温度降低。含40%~50%晶体的岩浆由于粘度很大,很难喷出到地表。因此,我们直接观察到的岩浆的温度代表了岩浆具有足够的活动性,以及能够喷出到地表时所具有的温度条件。

表2-1 各类熔岩喷出温度估算值

(引自Carmichael,1974)

很少有熔岩的温度会高于最初的矿物结晶时熔体的温度。一般说来,常见火成岩的熔融温度会随着压力(深度)增大而增高(一般每增加1km,温度增加3℃)。因此,在50km深处产生的岩浆,其熔融温度至少要比地表观察到的温度高150℃。由于喷出的熔岩接近于在大气压力下的结晶温度,意味着岩浆在上升过程中会失去热量。因此,在地表观察到的温度并不能代表岩浆在深部形成时的温度。

岩浆喷出到地表或侵位到地下的固结成岩过程经历的时间长短不一。在地表,1m厚的玄武岩全部凝固约需12天,10m厚的约需3年,700m厚的需9000年。地下深处的岩浆侵位后冷却速度缓慢,固结的时间比熔岩长。据估计,2000m厚的花岗岩岩席完全结晶需64000年,8km厚的花岗岩基需1000万年(10Ma)才能固结。

2.岩浆的密度

在物理学中,把某种物质单位体积的质量叫做密度(density)。岩浆密度的大小,是一系列岩浆作用过程的重要控制因素。例如,驱使岩浆从源区上升的浮力取决于岩浆与固体围岩之间的密度差。因此,密度不同的岩浆在地壳中的上升距离和侵位的位置往往不同。在高压条件下,碱性玄武岩浆的密度低于拉斑玄武岩浆的密度,因而前者喷发能力更强,上升速度更快。又如,岩浆的密度大小还决定了岩浆中的固态颗粒(如首晶的矿物、源区的包体或围岩的捕虏体)的沉降行为:当两种不同的岩浆相遇时,如果它们的密度相近,很容易发生混合作用,形成第三种岩浆,如果密度差别太大,岩浆间的混合作用就无法进行,而形成层状岩浆房。

常见岩浆近地表的密度大小大致为2.3~3.0g/cm3 ,主要取决于岩浆的成分,如基性(镁铁质)岩浆密度(2.60~2.65g/cm3)高于酸性(长英质)岩浆的密度(约2.40g/cm3);但温度、压力的变化对岩浆的密度也有明显的影响,反映了岩浆具有压缩性及膨胀性。温度增高时,分子间距增大,体积膨胀使密度变小;压力增大时熔体内分子间距减小,体积压缩使密度变大。图2-1显示了不同系列的熔体成分与密度的关系。

岩浆的密度可以通过实验的方法测定,也可以利用实验结果拟合的密度公式计算(马昌前,1987)。直接测量高温熔体的密度目前还存在技术上的困难,但可以通过对其快速淬火形成的玻璃(过冷液体)的密度测定值用已知的膨胀系数进行校正后来近似代表:

岩石学(第二版)

图2-1 硅酸盐熔体成分与密度(ρ)、粘度(η)的关系(据McBirney,2007)

式中:ρ1和ρT分别是温度为T1和T时的岩浆密度;α为岩浆的膨胀系数(Anthony,2009)。

根据岩浆中主要氧化物的偏摩尔体积可以计算岩浆的密度,在已知岩浆的化学成分(可由岩石样品的化学分析得到)的情况下,岩浆的密度可用Bottinga et al.1970)提出的公式计算:

岩石学(第二版)

式中:Vi为主要氧化物i的偏摩尔体积(可据表2-2求出);Xi为氧化物i的摩尔分数(由化学分析数据换算);Mi为i元素的摩尔质量;Vm为岩浆的摩尔体积(马昌前,1987)。

表2-2 主要氧化物偏摩尔体积与温度关系的方程Vi =a′+b′T

(据马昌前,1987)

3.岩浆的粘度

对火山岩地貌的观察表明,有些岩浆可以流到很远的距离,但有些岩浆即使喷发到很陡的斜坡上也难于流动。这正是岩浆的粘度不同造成的。通俗地说,粘度(viscosity)反映流体流动或变形的难易程度,与流动性呈反相关。与岩浆的密度一样,岩浆的粘度也是其重要的物理性质之一。岩浆的粘度会影响岩浆的分凝、上升的速度和岩浆作用发生的强度,由于岩浆粘度的不同,形成的火成岩在结构、构造、产状等方面也有差别。

从物理意义上讲,岩浆的粘度η是指剪切应力σ与应变速率dv/dt的比值,对于图2-2所示的岩浆在平板间运动的情况,粘度η的大小可用下式表示:

岩石学(第二版)

图2-2 岩浆在平板间的流动特点

岩浆流动时,流体内微团之间发生相对滑移,滑移面上会产生剪切应力(切向阻力),这种剪切应力会阻碍流体的运动,其大小反应了岩浆粘度的大小。粘度的单位是Pa·s(帕斯卡·秒),1Pa·s相当于20℃时水粘度的1000倍。另外常用的度量单位有poise(泊),1Pa·s =10poises。

粘性流体分牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体的特点是,只要有剪切应力,就会发生流变。晶体含量少的岩浆,可近似视为牛顿流体。非牛顿流体(如宾汉流体)的特点是,只有施加的剪切应力超过某一临界值σ0时,才开始持续的流动和变形,0称为屈服强度。当岩浆中晶体含量增加时,就会具有非牛顿流体行为。

岩浆的粘度与多种因素相关,如岩浆的成分、结构、温度、压力、所含的挥发分和晶体含量等对粘度都有明显的影响。岩浆中SiO2、Al2O3、Cr2O3含量高,可使粘度增大,最明显的影响是SiO2。表2-3列出了不同类型岩浆或流体的粘度,其中SiO2含量低的玄武岩浆比SiO2含量较高的黑曜岩浆粘度低8个数量级。

SiO2含量对粘度的影响,主要是反映在熔体结构的影响上。硅酸盐熔体的结构与硅酸盐矿物相似,Si与O结合形成硅氧四面体。因此,熔体中硅氧四面体的聚合体越大,包含的四面体越多,岩浆粘度就愈大,反之粘度则变小。因此,长英质岩浆粘度比镁铁质岩浆大,而在相近的SiO2含量条件下,岩浆系列不同,粘度也有差别(图2-1)。不同的阳离子在熔体结构中起着不同的作用,如Si和Al出现在熔浆的各种聚合物或单元的四面体配位中,起着形成网格、增强聚合程度的作用,被称为成网阳离子(network-forming cation)。而Ca、Mg、Fe、K、Na则处于硅氧四面体之间,呈六次配位,起着减弱熔体聚合程度的作用,被称为变网阳离子(network-modifying cation)。这样,熔体中Si含量高则结构的聚合程度高,粘度大,而Ca、Mg、Fe等离子含量高,粘度低。

表2-3 常见物质和岩浆的粘度比较

(据Dingwell,1995)

岩浆粘度与温度关系密切。温度增高则粘度显着减小,流动性增加。相同成分、相同密度的酸性岩浆,有些可以喷出地表形成流纹岩,有些则侵入于地壳形成花岗岩侵入体,其原因之一是前者温度高,导致粘度降低,流动性增大。夏威夷玄武岩熔岩流在近火山口处粘度为3×102Pa·s,而在远离火山口的地区因温度下降,粘度可增大至3×103Pa·s。另一个间接效应是,当岩浆温度下降时,矿物晶出的数量不断增多,因而粘度随之增大。与温度相比,压力对粘度的影响要小得多,如压力从105Pa增高至3GPa,粘度仅增大1/10(海因德曼,1989)。

不能笼统地说岩浆中挥发分含量愈高粘度愈小,因为不同的挥发分所起的作用不同。例如,CO2含量高时,岩浆粘度不仅不会下降反而会增大,原因是CO2在熔体结构中起了增强聚合程度的作用,加固了硅氧四面体的联结。H2O含量高则会使岩浆粘度明显下降,H2O溶于硅酸盐熔体时,羟基可代替硅氧四面体中的共用氧,使阳离子与共用氧断开,出现了更多的 [SiO44-单体,从而减弱了硅氧四面体之间的聚合程度,岩浆的粘度也随之下降。此外,挥发分氟也可以起到与H2O相似的作用。

岩浆的粘度η可以通过实验方法测定,也可以通过经验公式计算(Shaw,1972):

岩石学(第二版)

式中:T为热力学温度(K);s为特征斜率;Xi为除SiO2以外的各主要氧化物的摩尔分数;XSiO为SiO2的摩尔分数; 为各主要氧化物的经验摩尔系数(表2-4)。

表2-4 计算岩浆粘度的成分参数

(据马昌前,1987)

晶体含量对粘度的影响可由爱因斯坦-罗斯科方程计算,以η0代表无晶体时岩浆的粘度,ηe代表含晶体岩浆的有效粘度。X表示晶体的体积分数,有(马昌前,1987):

岩石学(第二版)

含晶体较多的岩浆的屈服强度(σ0)与晶体(球状)的含量具以下关系:

岩石学(第二版)

式中:k1为应力量纲常数,对基性岩浆来说,k1=3×103N/m2(马昌前,1987),而花岗质岩浆k1值可能为基性岩浆的100倍。

4.岩浆中的挥发分

根据对现代火山活动的观察,火山喷发物质中含有大量挥发分,其中以H2O主,约占挥发分总量的60%~90%,其次为CO2、S、F、Cl等。除了从现代火山喷发的气体中了解火山气体的成分外,还可通过岩石中的流体包裹体来认识岩浆中挥发分的组成。根据日本有珠火山昭和新山紫苏辉石英安岩喷气孔上收集的气体分析结果,除了H2O占主体外,在活动气体中,CO2占优势,CH4非常少。在高温条件下SO2占优势,在较低温时H2S显着增多,HF/HCl比值随温度下降而下降。我国台湾省台北市以北的大屯火山群发育有丰富的喷气孔,自然硫堆积在喷气孔附近,不仅景象壮观,而且整个山谷充满了浓烈的硫黄的气味。

在一定的温度和压力条件下,这些挥发分溶解于硅酸盐熔体之中,有的组分不仅能降低岩浆的粘度,使之易于流动,而且还能降低矿物的熔点,延长岩浆的结晶时间,并结晶出含挥发分的矿物。在地壳浅处,这些挥发分通常以水溶液的形式存在,浓度变化很大(Bucher&Stober,2010)。这些挥发分是地壳岩石发生蚀变作用的主要介质。大量研究证实,富含某些挥发分的热水流体在一定条件下具有较强的携带金属或其他有用元素的能力,因而可以在适当的地段形成气成-热液矿床。溶解于岩浆之中的挥发分上升到地表,它们随火山喷发到大气圈中,改变大气成分,进而影响全球气候。

岩浆中的挥发分不仅影响岩浆的结晶温度和性质,还会影响岩浆的喷出方式。在爆发式火山喷发过程中,由于喷发管道的贯通导致压力急剧降低,原先溶解于岩浆(熔体)中的挥发分由于迅速过饱和而突然大量释放;这种现象被称为火山的脱气作用,它通常是火山喷发过程的先导。当挥发分在近地表处聚集时,由于强烈的膨胀,就会引起岩浆爆裂成火山灰,促进更猛烈的火山爆发。不过,在粘度不同的岩浆中挥发分对火山爆发强度的影响有所不同,低粘度的玄武质岩浆中膨胀气体的释放是宁静的,高粘度的安山质和流纹质岩浆则会因气体的释放将岩浆崩碎成岩浆团、火山弹及火山灰,并破坏火山锥体的边坡,形成破火山口。

由于挥发分会影响到岩浆结晶的温度,含量高则结晶温度下降,所以,当挥发分迅速从岩浆中逸出后,岩浆则会快速结晶,其中的晶体数量也随之加多。

㈣ 流体力学学什么

研究内容

基本假设

·连续体假设
物质都由分子构成,尽管分子都是离散分布的,做无规则的热运动.但理论和实验都表明,在很小的范围内,做热运动的流体分子微团的统计平均值是稳定的.因此可以近似的认为流体是由连续物质构成,其中的温度,密度,压力等物理量都是连续分布的标量场.
·质量守恒
质量守恒目的是建立描述流体运动的方程组.欧拉法描述为:流进绝对坐标系中任何闭合曲面内的质量等于从这个曲面流出的质量,这是一个积分方程组,化为微分方程组就是:密度和速度的乘积的散度是零(无散场).用欧拉法描述为:流体微团质量的随体导数随时间的变化率为零。
·动量定理
流体力学在微观是无限大,并且是低速运动,属于经典力学的范畴。因此动量定理和动量矩定理适用于流体微元。
·应力张量
对流体微元的作用力,主要有表面力和体积力,表面力和体积力分别是力在单位面积和单位体积上的量度,因此它们有界。由于我们在建立流体力学基本方程组的时候考虑的是尺寸很小的流体微元,因此流体微团表面所受的力是尺寸的二阶小量,体积力是尺寸的三阶小量,故当体积很小时,可以忽略体积力的作用。认为流体微团只是受到表面力(表面应力)的作用。非各向同性的流体中,流体微团位置不同,表面法向不同,所受的应力是不同的,应力是由一个二阶张量和曲面法向的内积来描述的,二阶应力张量只有三个量是独立的,因此,只要知道某点三个不同面上的应力,就可确定这个点的应力分布情况。
·粘性假设
流体具有粘性,利用粘性定理可以导出应力张量。
·能量守恒
具体表述为:单位时间内体积力对流体微团做的功加上表面力和流体微团变形速度的乘积等于单位时间内流体微团的内能增量加上流体微团的动能增量
研究范围

流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体,所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体,大气包围着整个地球,地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
20世纪初,世界上第一架飞机出现以后,飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行,使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
石油和天然气的开采,地下水的开发利用,要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动,这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治,化工中的浓缩、分离和多孔过滤,燃烧室的冷却等技术问题。
燃烧离不开气体,这是有化学反应和热能变化的流体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体动力学,从而形成了爆炸力学。
沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等,都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题,这类问题是多相流体力学研究的范围。
等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学,它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。
风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动;废气和废水的排放造成环境污染;河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀;研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学(其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。
生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题,例如血液在血管中的流动,心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外,还研究鸟类在空中的飞翔,动物在水中的游动,等等。
因此,流体力学既包含自然科学的基础理论,又涉及工程技术科学方面的应用。此外,如从流体作用力的角度,则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学;从对不同“力学模型”的研究来分,则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
研究成果

纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations),以克劳德-路易·纳维(Claude-Louis Navier)和乔治·盖伯利尔·斯托克斯命名,是一组描述象液体和空气这样的流体物质的方程。这些方程建立了流体的粒子动量的改变率(加速度)和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力(类似于摩擦力)以及重力之间的关系。这些粘滞力产生于分子的相互作用,能告诉我们液体有多粘。这样,纳维-斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡。
它们是最有用的一组方程之一,因为它们描述了大量对学术和经济有用的现象的物理过程。它们可以用于建模天气,洋流,管道中的水流,星系中恒星的运动,翼型周围的气流。它们也可以用于飞行器和车辆的设计,血液循环的研究,电站的设计,污染效应的分析,等等。
纳维-斯托克斯方程依赖微分方程来描述流体的运动。这些方程,和代数方程不同,不寻求建立所研究的变量(譬如速度和压力)的关系,而是建立这些量的变化率或通量之间的关系。用数学术语来讲,这些变化率对应于变量的导数。这样,最简单情况的0粘滞度的理想流体的纳维-斯托克斯方程表明加速度(速度的导数,或者说变化率)是和内部压力的导数成正比的。
这表示对于给定的物理问题的纳维-斯托克斯方程的解必须用微积分的帮助才能取得。实用上,只有最简单的情况才能用这种方法解答,而它们的确切答案是已知的。这些情况通常设计稳定态(流场不随时间变化)的非湍流,其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小(小的雷诺数)。
对于更复杂的情形,例如厄尔尼诺这样的全球性气象系统或机翼的升力,纳维-斯托克斯方程的解必须借助计算机。这本身是一个科学领域,称为计算流体力学。
在解释纳维-斯托克斯方程的细节之前,首先,必须对流体作前文提到的基本假设。第一个是流体是连续的。这强调它不包含形成内部的空隙,例如,溶解的气体的气泡,而且它不包含雾状粒子的聚合。另一个必要的假设是所有涉及到的场,全部是可微的,例如压强,速度,密度,温度,等等。
该方程从质量,动量,和能量的守恒的基本原理导出。对此,有时必须考虑一个有限的任意体积,称为控制体积,在其上这些原理很容易应用。该有限体积记为Ω,而其表面记为?Ω。该控制体积可以在空间中固定,也可能随着流体运动。这会导致一些特殊的结果。

㈤ 岩浆的性质

本节仅介绍岩浆的密度、粘度、温度及挥发分等重要的岩浆性质。

1.岩浆的密度

岩浆熔体的密度(density)可以通过实验的方法进行测定,也可以利用实验结果拟合的密度公式进行计算。熔体的密度不仅与其成分有关(基性岩浆密度高于酸性岩浆),也随温度、压力的变化而改变。原因是压力增大时熔体内分子间距减小,体积压缩密度变大;温度增高时,分子间距增大,体积膨胀密度变小。这种变化也反映了熔体具有压缩性和膨胀性。图2-4显示了压力与密度呈明显的正相关,拉斑玄武岩与碱性玄武岩熔体之间的密度差异随压力增加而增大,表明前者的压缩性比后者大,即在高压下拉斑玄武岩的密度要明显地大于碱性玄武岩岩浆。岩浆密度与分异作用和喷发能力有关。图2-4 表示,在高压条件下碱性玄武岩浆的密度低于拉斑玄武岩浆,因而喷发能力强,上升速度快可以携带密度大的深部地幔橄榄岩捕掳体,而密度较大的拉斑玄武岩则较少含深源捕掳体。

2.岩浆的粘度

与岩浆的密度一样,岩浆的粘度(η)(viscosity)也是其重要的物理性质之一。流体都具有粘性,粘度反映流体流动的难易程度。粘性是指当流体内微团之间发生相对滑移时,内部产生剪切应力(切向阻力)的性质,剪切应力会阻碍流体的运动。粘度的单位是Pa·s(帕斯卡·秒),它是剪切应力与剪切应变速率的比值,1 Pa·s相当于20℃时水粘度的1000倍。

图2-4 玄武岩熔体的密度与压力的关系图

表2-1 实验室测定的流体粘度值

岩浆的粘度与多种因素相关,如岩浆的成分、结构、温度、压力和所含的挥发分等都对粘度有影响。岩浆中SiO2、Al2O3、Cr2O3含量高,其粘度就大,其中最具影响的是SiO2。据测定,纯橄榄岩熔体粘度为0.03~0.1 Pa·s;辉长苏长岩熔体粘度为0.7~25 Pa·s,闪长岩熔体粘度为3.8~25 Pa·s[它们的w(SiO2)分别为38%,47%,和60%左右]。超基性岩熔体粘度低于基性岩约3个数量级。表2-1也列出了不同类型岩浆或流体的粘度,同样也反映出SiO2含量低的玄武岩浆比较高SiO2含量的黑曜岩浆熔体粘度低8个数量级。

硅酸盐熔体内部的结构与硅酸盐矿物相似,Si与O结合形成硅氧四面体[SiO44-,这样熔体中硅氧四面体的聚合体越大,包含的四面体越多,岩浆粘度就愈大,反之粘度则变小。不同的阳离子在熔体结构中起着不同的作用,如Si和Al出现在熔浆的各种聚合物或单元的四面体配位中,起着形成网格,增强聚合程度的作用,被称为成网离子。而Ca、Mg、Fe、K、Na则处于硅氧四面体之间,呈6次配位起着减弱熔体聚合程度的作用,被称为变网离子。这样熔体中Si含量高则结构的聚合程度高同时粘度也大,而Ca、Mg、Fe等离子含量高,则粘度低。

岩浆粘度与温度关系密切,温度增高则粘度显着减小,流动性增加。相同成分相同密度的酸性岩浆,有些可以喷出地表形成流纹岩,有些则呈花岗岩侵入体,其原因之一是前者温度高,因而导致粘度降低,流动性增大。夏威夷玄武岩熔岩流在近火山口处粘度为3×102 Pa·s,而在远离火山口的地区因温度下降粘度可增大至3×103 Pa·s。另一个间接效应是,当岩浆温度下降,矿物晶出的数量不断增多,因而粘度随之增大。与温度相比,压力对其影响要小,如压力从102kPa增高至3×106kPa,粘度仅增大1/10(转引自海因德曼,1989)。

不能笼统地说岩浆中挥发分含量愈高粘度就愈小,因为不同的挥发分起的作用不同。例如,CO2含量高时,岩浆粘度不仅不会下降反而会增大,原因是CO2在熔体结构中起了增强聚合程度的作用,加固了硅氧四面体的连结。H2O含量高则会使岩浆粘度明显下降,H2O溶于硅酸盐熔体时,羟基可代替硅氧四面体中的共用氧,使阳离子与共用氧断开,出现了更多的[SiO44-单体从而减弱了硅氧四面体之间的聚合程度,岩浆的粘度也随之下降。此外,挥发分氟也可以起到与H2O相似的作用。岩浆的粘度会影响岩浆上升的速度和火成岩的结构、构造、产状以及一些岩浆作用发生的强度。

3.岩浆的温度

岩浆的温度很高,这一点从现代火山喷发的景象及其对周围环境的危害就可以了解到。1980年美国圣海伦斯火山喷发,炽热的火山灰喷发物覆盖了周围的山区,密布的原始森林全部燃烧成木炭,居民的汽车被熔化。直接测定的现代火山岩浆的温度见表2-2。从表中可以看出,基性玄武岩岩浆温度最高,其次为安山质岩浆,流纹质岩浆温度最低。岩浆在喷出或侵位以后开始降温固结,以玄武质熔岩为例,1m厚的玄武岩全部结晶约需12天,10m厚的约需3年,700m厚的需9000年。地下深处的岩浆侵位后冷却速度缓慢,固结的时间比熔岩长,据估计2000m厚的花岗岩岩席完全结晶需64000年,8km厚的花岗岩基需10Ma才能固结。

表2-2 各类熔岩喷出温度的估算值

4.岩浆中的挥发分

现代火山喷发时有大量气体逸出,已固结的火山岩有些含相当数量的气孔都说明岩浆中含有挥发组分。了解它们的类型及含量可以通过两种途径:一是直接从现代火山喷发的气体中取得;二是通过岩石中的流体包裹体获得。日本有珠火山昭和新山紫苏辉石英安岩喷气孔上收集的气体分析结果表明,气体种类多,有CO2、CH4、NH3、H2、HCl、HF、H2S、SO2、P2O5 和H2O等。其中H2O是最丰富的组分,其体积分数占99%。在活动气体中,CO2占优势,CH4非常少。在高温条件下SO2占优势,在较低温时H2S显着增多,w(HF)/w(HCl)比值随温度而下降。我国台湾省台北市以北的大屯火山群发育有丰富的喷气孔,自然硫堆积在喷气孔附近,不仅景象壮观,而且整个山谷充满了浓烈的硫磺的气味。

岩浆中的挥发分不仅影响结晶温度,而且影响岩浆的喷出方式。在挥发分聚集时,由于在近地表处的强烈膨胀会引起岩浆爆裂成火山灰,火山爆发也随之强烈。但是,这种爆发性质在粘度不同的岩浆中作用的强弱是有差别的,低粘度的玄武质岩浆中膨胀气体的释放是宁静的,高粘度的安山岩和流纹岩浆则会因气体的释放将岩浆崩碎成岩浆团、火山弹和火山灰,并破坏火山锥体的边坡。

岩浆中挥发分还影响岩浆结晶的温度。挥发分含量高则结晶温度下降,所以当挥发分迅速从岩浆中逸出后,岩浆会快速结晶,其中的晶体数量也随之加多。

㈥ 岩浆的概念与性质

1.岩浆的概念

岩浆是指地球深部产生的一种炽热的、黏度较大的熔融体。岩浆可以在上地幔或地壳深处运移,或喷出地表,它的主要成分是硅酸盐,还含有大量的挥发组分及成矿金属元素。岩浆温度范围为700~1200℃。

2.岩浆的性质

岩浆是高温熔融状态的物质,具有一定的黏度和流动性。

岩浆的流动性取决于岩浆自身的黏度,黏度小,流动性好,黏度大,流动性差。岩浆的黏度与其化学组成密切相关。一般情况下,岩浆中SiO2的含量愈高,岩浆的黏度愈大,SiO2的含量愈低,其黏度愈小;岩浆中溶解的挥发分(主要是H2O,还有少量CO2、SO2、HCl、HF、H2、N2、B等)含量愈高,岩浆的黏度愈小,反之黏度愈大。此外,岩浆的黏度还与温度相关,通常是温度愈高,黏度愈小,温度愈低,黏度愈大。压力对岩浆的性质也有一定影响,压力增大,岩浆的体积压缩、密度变大,黏度也随之增大。

㈦ 关于流体力学的问题

要研究在各种力的作用下,流体本身的状态,以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。

流体力学是力学的一个分支,它主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。

流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律,常常还要用到热力学知识,有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。

1738年伯努利出版他的专着时,首先采用了水动力学这个名词并作为书名;1880年前后出现了空气动力学这个名词;1935年以后,人们概括了这两方面的知识,建立了统一的体系,统称为流体力学。

除水和空气以外,流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。

气象、水利的研究,船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行,可燃气体或炸药的爆炸,以及天体物理的若干问题等等,都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导,同时也促进了它不断地发展。1950年后,电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。

流体力学的发展简史

流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说;秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰,至今还在发挥着作用;大约与此同时,古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。

对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德,他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论,奠定了流体静力学的基础。此后千余年间,流体力学没有重大发展。

直到15世纪,意大利达·芬奇的着作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题;17世纪,帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学,却是随着经典力学建立了速度、加速度,力、流场等概念,以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。

17世纪,力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力,得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。但是,牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础,他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。

之后,法国皮托发明了测量流速的皮托管;达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作,证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系;瑞士的欧拉采用了连续介质的概念,把静力学中压力的概念推广到运动流体中,建立了欧拉方程,正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动;伯努利从经典力学的能量守恒出发,研究供水管道中水的流动,精心地安排了实验并加以分析,得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。

欧拉方程和伯努利方程的建立,是流体动力学作为一个分支学科建立的标志,从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。从18世纪起,位势流理论有了很大进展,在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国拉格朗日对于无旋运动,德国赫尔姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……。在上述的研究中,流体的粘性并不起重要作用,即所考虑的是无粘流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。

19世纪,工程师们为了解决许多工程问题,尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学,部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究,这就形成了水力学,至今它仍与流体力学并行地发展。1822年,纳维建立了粘性流体的基本运动方程;1845年,斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程,并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程),它是流体动力学的理论基础。上面说到的欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。

普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化,从推理、数学论证和实验测量等各个角度,建立了边界层理论,能实际计算简单情形下,边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。同时普朗克又提出了许多新概念,并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围,又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。

20世纪初,飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。航空事业的发展,期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题,这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。20世纪初,以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗克等为代表的科学家,开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论,阐明了机翼怎样会受到举力,从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性,使人们重新认识无粘流体的理论,肯定了它指导工程设计的重大意义。

机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的一次重大进展,它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上,又迅速扩展了从19世纪就开始的,对空气密度变化效应的实验和理论研究,为高速飞行提供了理论指导。20世纪40年代以后,由于喷气推进和火箭技术的应用,飞行器速度超过声速,进而实现了航天飞行,使气体高速流动的研究进展迅速,形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。

以这些理论为基础,20世纪40年代,关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论,为研究原子弹、炸药等起爆后,激波在空气或水中的传播,发展了爆炸波理论。此后,流体力学又发展了许多分支,如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固)流等等。

这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。从50年代起,电子计算机不断完善,使原来用分析方法难以进行研究的课题,可以用数值计算方法来进行,出现了计算流体力学这一新的分支学科。与此同时,由于民用和军用生产的需要,液体动力学等学科也有很大进展。

20世纪60年代,根据结构力学和固体力学的需要,出现了计算弹性力学问题的有限元法。经过十多年的发展,有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用,尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中,优越性更加显着。近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题,也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。

从20世纪60年代起,流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透,形成新的交叉学科或边缘学科,如物理-化学流体动力学、磁流体力学等;原来基本上只是定性地描述的问题,逐步得到定量的研究,生物流变学就是一个例子。

流体力学的研究内容

流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体,所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体,大气包围着整个地球,地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。

20世纪初,世界上第一架飞机出现以后,飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行,使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。

石油和天然气的开采,地下水的开发利用,要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动,这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治,化工中的浓缩、分离和多孔过滤,燃烧室的冷却等技术问题。

燃烧离不开气体,这是有化学反应和热能变化的流体力学问题,是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程,涉及气体动力学,从而形成了爆炸力学。

沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等,都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题,这类问题是多相流体力学研究的范围。

等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学,它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。

风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动;废气和废水的排放造成环境污染;河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀;研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学 (其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。

生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题,例如血液在血管中的流动,心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外,还研究鸟类在空中的飞翔,动物在水中的游动,等等。

因此,流体力学既包含自然科学的基础理论,又涉及工程技术科学方面的应用。此外,如从流体作用力的角度,则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学;从对不同“力学模型”的研究来分,则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。

流体力学的研究方法

进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面:

现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象,利用各种仪器进行系统观测,从而总结出流体运动的规律,并借以预测流动现象的演变。过去对天气的观测和预报,基本上就是这样进行的。

不过现场流动现象的发生往往不能控制,发生条件几乎不可能完全重复出现,影响到对流动现象和规律的研究;现场观测还要花费大量物力、财力和人力。因此,人们建立实验室,使这些现象能在可以控制的条件下出现,以便于观察和研究。

同物理学、化学等学科一样,流体力学离不开实验,尤其是对新的流体运动现象的研究。实验能显示运动特点及其主要趋势,有助于形成概念,检验理论的正确性。二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。

模型实验在流体力学中占有重要地位。这里所说的模型是指根据理论指导,把研究对象的尺度改变(放大或缩小)以便能安排实验。有些流动现象难于靠理论计算解决,有的则不可能做原型实验(成本太高或规模太大)。这时,根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单算法求出原型的数据。

现场观测常常是对已有事物、已有工程的观测,而实验室模拟却可以对还没有出现的事物、没有发生的现象(如待设计的工程、机械等)进行观察,使之得到改进。因此,实验室模拟是研究流体力学的重要方法。

理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等,利用数学分析的手段,研究流体的运动,解释已知的现象,预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下:

首先是建立“力学模型”,即针对实际流体的力学问题,分析其中的各种矛盾并抓住主要方面,对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。流体力学中最常用的基本模型有:连续介质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面流动等。

其次是针对流体运动的特点,用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来,从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外,还要加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程),或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。

求出方程组的解后,结合具体流动,解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较,以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。

从基本概念到基本方程的一系列定量研究,都涉及到很深的数学问题,所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。反过来,那些经过了实验和工程实践考验过的流体力学理论,又检验和丰富了数学理论,它所提出的一些未解决的难题,也是进行数学研究、发展数学理论的好课题。按目前数学发展的水平看,有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完善解决的。

在流体力学理论中,用简化流体物理性质的方法建立特定的流体的理论模型,用减少自变量和减少未知函数等方法来简化数学问题,在一定的范围是成功的,并解决了许多实际问题。

对于一个特定领域,考虑具体的物理性质和运动的具体环境后,抓住主要因素忽略次要因素进行抽象化也同时是简化,建立特定的力学理论模型,便可以克服数学上的困难,进一步深入地研究流体的平衡和运动性质。

20世纪50年代开始,在设计携带人造卫星上天的火箭发动机时,配合实验所做的理论研究,正是依靠一维定常流的引入和简化,才能及时得到指导设计的流体力学结论。

此外,流体力学中还经常用各种小扰动的简化,使微分方程和边界条件从非线性的变成线性的。声学是流体力学中采用小扰动方法而取得重大成就的最早学科。声学中的所谓小扰动,就是指声音在流体中传播时,流体的状态(压力、密度、流体质点速度)同声音未传到时的差别很小。线性化水波理论、薄机翼理论等虽然由于简化而有些粗略,但都是比较好地采用了小扰动方法的例子。

每种合理的简化都有其力学成果,但也总有其局限性。例如,忽略了密度的变化就不能讨论声音的传播;忽略了粘性就不能讨论与它有关的阻力和某些其他效应。掌握合理的简化方法,正确解释简化后得出的规律或结论,全面并充分认识简化模型的适用范围,正确估计它带来的同实际的偏离,正是流体力学理论工作和实验工作的精华。

流体力学的基本方程组非常复杂,在考虑粘性作用时更是如此,如果不靠计算机,就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。20世纪30~40年代,对于复杂而又特别重要的流体力学问题,曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算,比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。

数学的发展,计算机的不断进步,以及流体力学各种计算方法的发明,使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性,这又促进了流体力学计算方法的发展,并形成了“计算流体力学”。

从20世纪60年代起,在飞行器和其他涉及流体运动的课题中,经常采用电子计算机做数值模拟,这可以和物理实验相辅相成。数值模拟和实验模拟相互配合,使科学技术的研究和工程设计的速度加快,并节省开支。数值计算方法最近发展很快,其重要性与日俱增。

解决流体力学问题时,现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算几方面是相辅相成的。实验需要理论指导,才能从分散的、表面上无联系的现象和实验数据中得出规律性的结论。反之,理论分析和数值计算也要依靠现场观测和实验室模拟给出物理图案或数据,以建立流动的力学模型和数学模式;最后,还须依靠实验来检验这些模型和模式的完善程度。此外,实际流动往往异常复杂(例如湍流),理论分析和数值计算会遇到巨大的数学和计算方面的困难,得不到具体结果,只能通过现场观测和实验室模拟进行研究。

流体力学的展望

从阿基米德到现在的二千多年,特别是从20世纪以来,流体力学已发展成为基础科学体系的一部分,同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。

今后,人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究,另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。后一方面主要包括:通过湍流的理论和实验研究,了解其结构并建立计算模式;多相流动;流体和结构物的相互作用;边界层流动和分离;生物地学和环境流体流动等问题;有关各种实验设备和仪器等。

研究内容

流体力学既含有基础理论,又有极广泛的应用范围。从研究对象划分,它主要有以下分支学科:地球流体力学,研究大气、海水以及地球深处熔浆的运动;水力学和水动力学,研究水在海洋、江河、渠道、管道和水力机械中的运动,船舶运动和阻力,高速水流中的空化,等等;空气动力学,研究空气的特性(如粘性、压缩性、扩散和波动特性等),飞行器的气动力特性和气动加热现象,飞行器外形设计等;环境流体力学和工业流体力学,研究大气污染 、建筑物的风载风振问题、风能利用、沙漠迁移、河流泥沙运动、液力和气力输送,等等;生物流体力学,研究人和其他生物体内的流体运动规律;其他还有渗流力学、磁流体力学、物理-化学流体力学、爆炸力学等。

如从流体作用力角度,则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学。从对不同“力学模型”的研究来分,则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学 、可压缩流体动力学、多相流体力学和非牛顿流体力学等。

研究方法

流体力学的研究方法有现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算,它们是相辅相成的。现场观测是利用仪器对流动现象进行实际全尺寸观测,由于现场流动现象的发生不能人为控制,且要花费大量资金和人力,因此人们建立实验室,使流动现象能在控制条件下出现,以便于观察和研究。要使实验数据与现场观测结果相符,必须满足流动相似律,即保持实验室流动和实际流动中的有关相似准数对应相等(见流体力学相似准数)。理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等,利用数学分析手段研究流体的运动规律。数值计算则是利用电子计算机求解复杂的流体力学基本方程组,它可部分或全部代替某些实验,因此发展很快

㈧ 把液氮倒入岩浆中会怎么样

肯定是剧烈的爆炸
无论是站在岩浆的角度,还是站在液氮的角度
岩浆因为迅速的降温而碎裂爆炸(你可以做个缓和点的实验烧一个小时候玩的玻璃球烧的快发开发红的时候仍到水里只听啪的一声裂开很多瓣)
而液氮液氮压缩成液体的气体温度很低,接触岩浆的瞬间液氮升温由液态压缩后的体积瞬间恢复到正常的气体体积只能有一个下场爆炸

㈨ 什么是岩浆

岩浆是地壳深处形成的熔浆流体。

火山在活动时不但有蒸汽、石块、晶屑和熔浆团块自火山口喷出,而且还有炽热黏稠的熔融物质自火山口溢流出来。前者被称为挥发性成分(volatilecomponent)和火山碎屑物质(volcaniclasticmaterial),后者则叫做熔岩流(lavaflow)。

岩浆岩主要有侵入和喷出两种产出情况。侵入在地壳一定深度上的岩浆经缓慢冷却而形成的岩石,称为侵入岩。侵入岩固结成岩需要的时间很长。地质学家们曾做过估算,一个2000米厚的花岗岩体完全结晶大约需要64000年;岩浆喷出或者溢流到地表,冷凝形成的岩石称为喷出岩。

喷出岩由于岩浆温度急聚降低,固结成岩时间相对较短。1米厚的玄武岩全部结晶,需要12天,10米厚需要3年,700米厚需要9000年。

(9)压缩机熔浆扩展阅读

岩浆喷发的原因

在火山喷发的孕育阶段,由于气体出溶和震群的发生,上覆岩石裂隙化程度增高,压力降低而岩浆体内气体出溶量不断增加,岩浆体积逐渐膨胀,密度减小,内压力增大。

当内压力大大超过外部压力时,在上覆岩石的裂隙密度带发生气体的猛烈爆炸,使岩石破碎,并打开火山喷发的通道,首先将碎块喷出,相继而来的就是岩浆的喷发。

㈩ 岩浆是什么

产生于上地幔和地壳深处,含挥发成分的高温粘稠的主要成分为硅酸盐的熔融物质称之为岩浆。

是地质学专业术语。火山在活动时不但有蒸汽、石块、晶屑和熔浆团块自火山口喷出,而且还有炽热粘稠的熔融物质自火山口溢流出来。

还有一种解释为,岩浆是指地下熔融或部分熔融的岩石。当岩浆喷出地表后,则被称为熔岩。喷出地表的岩浆成为喷出岩;侵入地壳中的称为侵入岩。

(10)压缩机熔浆扩展阅读:

岩浆来源:

岩浆分为原生岩浆和再生岩浆。

原生岩浆是地核俘获的熔融物质形成的。地核俘获熔融物质和其他一些物质形成巨厚的熔融层。这些物质其成分是不均的。原生岩浆凝固形成最原始的地球外壳。

再生岩浆包括原生岩浆变异出的岩浆和重熔岩浆。

地球液态层是由原生岩浆经变异形成的再生岩浆组成的——经过温度、成分和物态的改变而形

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