流體力學(xué):第三章

第三章:流體動(dòng)力學(xué)的基本原理

一盐数、流體動(dòng)力學(xué)積分型基本方程

1边琉、質(zhì)量體和控制體

(1)質(zhì)量體(閉系統(tǒng)):流場(chǎng)中封閉流體面所包含的流體稱(chēng)為質(zhì)量體抑进。

(2)控制體(開(kāi)系統(tǒng)):被流體所流過(guò)的戈泼、由相對(duì)于某一參考系不隨時(shí)間變化的骂倘、封閉曲面包含的流體稱(chēng)為控制體眼滤。

2、隨體導(dǎo)數(shù)和局部導(dǎo)數(shù)

隨體導(dǎo)數(shù):質(zhì)量體內(nèi)某物理量的總和隨時(shí)間的增長(zhǎng)率历涝。

局部導(dǎo)數(shù):控制體內(nèi)某物理量的總和隨時(shí)間的增長(zhǎng)率诅需。

3漾唉、輸運(yùn)公式:任意時(shí)刻,質(zhì)量體內(nèi)物理量的隨體導(dǎo)數(shù)等于該時(shí)刻形狀堰塌、體積相同的控制體內(nèi)該物理量的局部導(dǎo)數(shù)與通過(guò)該控制體表面的輸運(yùn)量之和赵刑。

輸運(yùn)公式

4、質(zhì)量體上的守恒方程 —— Lagrange 積分型方程

質(zhì)量守恒方程(連續(xù)方程)场刑、動(dòng)量守恒方程(運(yùn)動(dòng)方程)般此、動(dòng)量矩守恒方程、能量守恒方程牵现。

5铐懊、控制體上的守恒方程 —— Euler 積分型方程

將質(zhì)量體上的守恒方程用輸運(yùn)公式,可得到控制體上的守恒方程瞎疼。

(1)連續(xù)方程:Q=\rho

(2)動(dòng)量方程:Q=\rho V

(3)動(dòng)量矩方程:Q=\rho r\times V

(4)能量方程:Q=\rho (e+\frac{1}{2} V^2)

積分型基本方程

6科乎、定常流中的常用公式

(1) 定常流中沿流管截面的質(zhì)量流量相等

(2) 理想流體在勢(shì)力場(chǎng)中做絕熱定常流動(dòng)的能量方程

(3) 理想流體在勢(shì)力場(chǎng)中做絕熱、定常流動(dòng)贼急、沿流線茅茂、的能量方程

沿流線的Bernoulli方程:

(4) 理想流體勢(shì)力場(chǎng)中不可壓縮、定常流動(dòng)太抓、沿流線空闲、的能量方程

流管能收縮成流線嗎?不一定

流線和渦線會(huì)重合嗎腻异?能重合

7、非慣性參考系中的守恒方程

二这揣、積分型守恒方程的應(yīng)用

三悔常、流體動(dòng)力學(xué)微分型基本方程

1、微分型基本方程

2给赞、微分型基本方程組封閉性討論

(1)本構(gòu)方程:流體微團(tuán)的應(yīng)力狀態(tài)和微團(tuán)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)間的物性關(guān)系 式机打,稱(chēng)為介質(zhì)的本構(gòu)方程。

(2)熱力學(xué)狀態(tài)方程

常用粘性流體微分型封閉方程組

(1)重力場(chǎng)中符合牛頓流體假設(shè)和傅里葉定律 的常比熱完全氣體的流動(dòng)

(2)重力場(chǎng)中均質(zhì)不可壓縮牛頓流體的流動(dòng)

3片迅、邊界條件和初始條件

四残邀、流體靜力學(xué)

1、流體靜力學(xué)基本方程

靜止條件下:\vec{V}=0T_{ij}=-p\delta_{ij}柑蛇。代入可得:


2芥挣、靜止流場(chǎng)的質(zhì)量力條件

正壓流體:流體質(zhì)點(diǎn)的密度只是當(dāng)?shù)貕簭?qiáng)的函數(shù)\rho =\rho(p)。不滿足該關(guān)系的流體稱(chēng)為斜壓流體耻台。

正壓流體的壓力函數(shù):P=\int\frac{1}{\rho}dp

4空免、重力場(chǎng)中靜止流體的壓強(qiáng)分布

(1)重力場(chǎng)中的靜止液體(均質(zhì)不可壓)

p=-\rho gz+C

(2)重力場(chǎng)中的靜止大氣

完全氣體:\rho = \rho(p,T),且dp=-\rho gdz盆耽。

補(bǔ)充方程:絕熱大氣\frac{p}{\rho ^\gamma}=\frac{p_0}{\rho ^\gamma_0}和等溫大氣\frac{p}{\rho }=\frac{p_0}{\rho _0}=RT_0蹋砚。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣模型:海平面扼菠、對(duì)流層、同溫層坝咐,p=\rho RT循榆。

5、非慣性坐標(biāo)系中的靜止液體

6墨坚、重力場(chǎng)中靜止流體作用在固體表面上的合力秧饮、合力矩、壓力中心

(1)靜止液體作用于物體表面上的合力\vec{F}=\int\int_{A}p\vec{n}dA框杜。

(2)靜止液體作用于物體表面上的合力矩

(3)壓力中心

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