斯托克斯数(Stk)得名自乔治·斯托克斯,是流体力学的无量纲,描述悬浮在流场上物体的行为。斯托克斯数定义为物体(或液滴)特征时间和流场特征时间的比值,也就是
其中
- 为物体的驰豫时间(因为阻力造成物体速度指数衰减的时间常数)
- 是流场在远离物体处的速度
- 为物体的特征尺寸(多半是直径)
若一物体的斯托克斯数低,表示其可以顺着流场的流线(完全移流),而斯托克斯数高时,表示受惯性的影响大,会顺着原来轨迹继续前进。
在斯托克斯流中,也就是雷诺数够低的流体,其阻力系数和雷诺数成反比,物体的特性时间可以定义为
其中
在实验流体力学中,粒子图像测速仪会将很小的粒子放在紊流中,再用光观察流体运动的速度及方向(也称为流体的速度场),斯托克斯数用来可以粒子图像测速仪中,流体示踪剂的保真性。若要有足够的示踪准确性,粒子的反应时间需要比流场的最小时间刻度要快。斯托克斯数小表示示踪准确性较高,若,在流场快速减速时,粒子会和流场分离。若,粒子会跟着流场。若,示踪准确性误差会小于1%[2]。
应用在粒子的非同流态取样
例如,Belyaev及Levin提出,在对齐,薄壁圆形喷嘴下的选择性捕获为[3]为:
其中
- 为粒子浓度
- 为速度
其中的下标0表示是喷嘴上方的资料,其特征长度为喷嘴直径,因此可以计算斯托克斯数
其中
- 为粒子稳态速度
- 为取样管的内径
- 为重力加速度
参考资料
延伸阅读
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