유체 입자
유체 입자(Fluid parcel)는 유체동역학에서 유체 흐름과 함께 움직이는 동안 동적 이력 전반에서 식별할 수 있는 극소량의 유체이다.[1] 이동함에 따라 유체 덩어리의 질량은 일정하게 유지되는 반면[2][3], 압축성 흐름에서는 흐름에 의한 왜곡으로 인해 부피가 변하고 모양도 변한다.[1] 비압축성 흐름에서는 유체 덩어리의 부피도 일정한다(등방성 흐름).
재료 표면(material surface)과 재료 선(material line)은 각각 표면과 선에 해당하는 개념이다.[1][4]
유체 입자의 수학적 개념은 라그랑주 기준틀에서 유체 운동(운동학 및 동역학)에 대한 설명과 밀접하게 관련되어 있다. 이 참조틀에서 유체 입자에는 레이블이 지정되고 공간과 시간을 따라 이동한다. 그러나 또한 오일러식 기준틀에서는 유체 구획의 개념이 유리할 수 있다. 예를 들어 물질 파생물, 유선형, 유맥선 및 경로선을 정의할 때; 또는 스톡스 드리프트를 결정하는 데 사용된다.[1]
연속체 역학에서 사용되는 유체 덩어리는 물리학에서 미세한 입자(분자 및 원자)와 구별된다. 유체 구획은 평균 자유 경로에 비해 크지만 고려 중인 특정 흐름의 일반적인 길이 스케일에 비해 작은 길이 스케일에 대해 평균을 낸 유체 입자의 평균 속도 및 기타 특성을 설명한다. 이를 위해서는 크누센 수가 작아야 하며 연속체 가설이 유효한 전제 조건이다.[2][4][5] 또한 고유하게 식별될 수 있을 뿐만 아니라 바로 이웃한 입자와도 독점적으로 구별될 수 있는 유체 입자의 수학적 개념과 달리 실제 유체에서는 이러한 입자가 항상 동일한 입자로 구성되지는 않는다. 분자 확산은 입자 특성을 천천히 발전시킨다.[2][4]
각주
[편집]- ↑ 가 나 다 라 Batchelor (1973), 71–72쪽
- ↑ 가 나 다 Gill (1982), 63–64쪽
- ↑ Bennett (2006), 25쪽
- ↑ 가 나 다 Thompson (2006), 1–2쪽
- ↑ Batchelor (1973), 4–6쪽
관련 문헌
[편집]- Batchelor, George K. (1973). 《An introduction to fluid dynamics》. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-09817-5.
- Gill, Adrian E. (1982). 《Atmosphere–ocean dynamics》. New York: Academic Press. ISBN 978-0-12-283522-3.
- Thompson, Michael (2006). 《An introduction to astrophysical fluid dynamics》. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-615-8.
- Bennett, Andrew (2006). 《Lagrangian fluid dynamics》. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85310-1.
- Badin, G.; Crisciani, F. (2018). 《Variational Formulation of Fluid and Geophysical Fluid Dynamics - Mechanics, Symmetries and Conservation Laws -》. Springer. 218쪽. doi:10.1007/978-3-319-59695-2. ISBN 978-3-319-59694-5. S2CID 125902566.