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粘性流体运动微分方程式连续介质力学基本运动平衡方程体积力应力梯度或散度加速度应力分量散度无粘*粘性流体运动微分方程式质量力表面力散度质量密度加速度以应力表示的流体运动微分方程体积力*粘性流体运动微分方程式速度梯度矩阵对称反对称由于应力矩阵是对称的应力矩阵只依赖对称的变形率矩阵*应力矩阵分解为在运动粘性流体中压强偏应力矩阵变形率矩阵*粘性流体运动微分方程式理想或静止流体中:实际(粘性)流体中:可互不相等,但定义某点的压强为:p与该点平面上的法应力(附加法向应力)有一定的偏差-*z,y,z是主应力坐标系*B3.4纳维-斯托克斯方程对均质不可压缩(常数)牛顿流体(常数),N-S方程为矢量式质量密度加速度=体积力+压差力+粘性力*牛顿粘性定律牛顿粘性定律的逻辑推广应力与应变率的关系/本构关系假设应力与应变率的关系是线性的本构关系不可压流体的本构关系*斯托克斯假设应力与应变率的关系如下线性的本构关系可压流体的本构关系*粘滞系数不变*粘滞系数不变粘性流体的运动微分方程纳维-斯托克斯方程拉普拉斯算子*粘性流体的运动微分方程(N-S方程)连续介质力学平衡方程线性的本构关系粘滞系数不变纳维-斯托克斯方程不可压缩流体质量密度×加速度=体积力+压差力+粘性力*欧拉运动方程对理想流体,N-S方程可简化为欧拉方程:纳维-斯托克斯方程连续性方程④p③uz①ux②uy⑤ρ补充一个状态方程ρ=f(p)5个未知数,5个方程不可压ρ=const,4个未知数,4个方程*流动问题的初始条件和边界条件1初始条件时恒定流时无初始条件!!!B3.5边界条件与初始条件*常见边界条件(1)固体壁面粘性流体不滑移条件v=v固流体法向速度连续vn=vn固(2)外流无穷远条件:v=v∞,p=p∞(3)内流出入口条件:v=vin(out),p=pin(out)(4)自由面条件:(5)两种粘性流体交界面:速度、压强、切应力连续理想流体实际流体B3.5边界条件与初始条件*流体平衡微分方程(欧拉平衡微分方程)物理意义:流体处于平衡状态时,单位质量流体所受的表面力梯度与体积力彼此相等。静止流体平衡微分方程体积力压力梯度*B3.6.1静止重力流体中的压强分布在重力场中由N-S方程可得说明:在静止重力流体中,铅垂方向的压强梯度是由单位体积流体的重力决定的,积分上式可得积分常数c由边界条件决定。*或者写为:压强全微分平衡方程全微分形式压强梯度积分*重力场中X=0,Y=0,Z=-g;压力能+重力势能=常数p0为自由面上的压强(1)在垂直方向,压强与淹深成线性关系(2)水平方向压强保持常数均质静止液体中压强分布特征:重力势函数W静止流体液体压强公式**数学温习:等位面标量场ψ(x,y,z,t)其值相等的点构成的的面,为等位面梯度的方向与等位面的法线重合ψ(x,y,z,t)=常数梯度的方向即等位面的法线方向梯度的方向是函数ψ变化最快的方向等压面*等压面流体中各点压强相等的面(平面或曲面)2等压面与质量力正交。两个特点:1等压面即等势面(等压面与等势面重合)当质量力只有重力时等压面为水平面。可判断等压面的形状p(x,y,z,t)=常数质量力的方向是压力梯度的方向*静止液体中的等压面推论:自由液面为水平面也为等压面;分界面为水平面也为等压面;压强的大小与容器的形状无关;存在多种液体时,满足静止、同种、连续三个条件的水平面是等压面。即等压面为水平面。N=Wk*地面反作用力N与容器底部作用力pA的差别N=W刚体受力简图液柱受力简图N0=pAW?Ah空气压强p0的合力为零任意常矢量的封闭积分为零*帕斯卡原理—压强等值传递式中hAB为A.B两点的水深差。若在A点增加一个压强值ΔpA,A点的压强变为于是,B点的压强则应为上式说明,静止液体中任意点的压强增值将等值地
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