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斯托克斯數
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斯托克斯數(Stk)得名自喬治·斯托克斯,是流體力學的無量綱,描述懸浮在流場上物體的行為。斯托克斯數定義為物體(或液滴)特徵時間和流場特徵時間的比值,也就是

•2:附著流(斯托克斯流)以及穩定的分離流
•3:分離的不穩定流,有邊界層分離的上游有層流的邊界層,下游會產生卡門渦街
•4:分離的不穩定流,有邊界層分離的上游有層流的邊界層,下游會有渾沌的紊流船波
•5:後臨界分離流,有紊流邊界層
其中
- 為物體的馳豫時間(因為阻力造成物體速度指數衰減的時間常數)
- 是流場在遠離物體處的速度
- 為物體的特徵尺寸(多半是直徑)
若一物體的斯托克斯數低,表示其可以順著流場的流線(完全移流),而斯托克斯數高時,表示受慣性的影響大,會順著原來軌跡繼續前進。
在斯托克斯流中,也就是雷諾數夠低的流體,其阻力係數和雷諾數成反比,物體的特性時間可以定義為
其中
在實驗流體力學中,粒子圖像測速儀會將很小的粒子放在紊流中,再用光觀察流體運動的速度及方向(也稱為流體的速度場),斯托克斯數用來可以粒子圖像測速儀中,流體示蹤劑的保真性。若要有足夠的示蹤準確性,粒子的反應時間需要比流場的最小時間刻度要快。斯托克斯數小表示示蹤準確性較高,若,在流場快速減速時,粒子會和流場分離。若,粒子會跟著流場。若,示蹤準確性誤差會小於1%[2]。
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應用在粒子的非同流態取樣
例如,Belyaev及Levin提出,在對齊,薄壁圓形噴嘴下的選擇性捕獲為[3]為:
其中
- 為粒子濃度
- 為速度
其中的下標0表示是噴嘴上方的資料,其特徵長度為噴嘴直徑,因此可以計算斯托克斯數
其中
- 為粒子穩態速度
- 為取樣管的內徑
- 為重力加速度
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參考資料
延伸閱讀
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