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不可压缩黏性流体主要公式

2016-04-05 12:35阅读:
牛顿内摩擦定律-黏性切应力
(适用于层流)
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切应力正比于速度梯度

广义牛顿内摩擦定律-黏性切应力
(适用于紊流,紊流的切应力=黏性切应力 雷诺(惯性)切应力)

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紊流黏性切应力等于动力黏度与角变形速度的乘积

黏性流体微分形式运动方程
(纳维—斯托克斯方程)

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  N-S方程表示作用在单位质量流体上的质量力、表面力(压力和粘性力)和惯性力相平衡。

连续性方程是流体运动学的基本方程,是质量守恒原理的流体力学表达式。在流场中任取一以O'(x,y,z)为中心的微小六面体为控制体,控制体边长为dx、dy、dz。设某时刻通过O'点流体质点的三个流速分量为Ux,Uy,Uz,密度为ρ。因为流体是连续介质,根据质量守恒定律,单位时间内流进、流出控制体的流量质量差等于控制体内流体因密度变化所引起的质量增量,即这就是流体运动的连续性微分方程的一般形式,它表达了任何可能存在的流体运动所必须满足的连续性条件,即质量守恒条件

不可压缩流体三维流动的连续性方程物理意义:在同一时间内通过流场中任一封闭表面的体积流量等于零,也就是说,在同一时间内流入的体积流量与流出的体积流量相等
适用条件:不论是对理想流体还是实际流体都适用。 微元流束和总流的连续性方程,公式如图。
物理意义:当流动为可压缩流体定常流体动时,沿流动方向的质量流量为一个常数。
适用条件:在管路和明渠等流体力学计算中得到极为广泛的应用。
NS方程,全称:纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程,2000年5月24日,美国克莱数学研究所的科学顾问委员会把NS方程列为七个“千禧难题”(又称世界七大数学难题)之一,这七道问题被研究所认为是“重要的经典问题,经许多年仍未解决。”克雷数学研究所的董事会决定建立七百万美元的大奖基金,每个“千年大奖问题”的解决都可获得百万美元的奖励。另外六个“千年大奖问题”分别是:NP完全问题,霍奇猜想(Hodge),黎曼假设(Riemann),杨-米尔斯理论(Yang-Mills),庞加莱猜想和BSD猜想(BirchandSwinnerton-Dyer)。[1]
光滑性
起伏的波浪跟随着我们的正在湖中蜿蜒穿梭的小船,湍急的气流跟随着我们的现代喷气式飞机的飞行。数学家和物理学家深信,无论是微风还是湍流,都可以通过理解NS方程的解,来对它们进行解释和预言。虽然这些方程是19世纪写下的,我们对它们的理解仍然极少。挑战在于对数学理论作出实质性的进展,使我们能解开隐藏在NS方程中的奥秘。
深度描述
ns方程
描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程。简称N-S方程。因1821年由C.-L.-M.-H.纳维和1845年由G.G.斯托克斯分别导出而得名。在直角坐标系中,其矢量形式为=-Ñp+ρF+μΔv,式中ρ为流体密度,p为压强,u(u,v,w)为速度矢量,F(X,Y,Z)为作用于单位质量流体的彻体力 ,Ñ为哈密顿算子 ,Δ为拉普拉斯算子。后人在此基础上又导出适用于可压缩流体的N-S方程。N-S方程反映了粘性流体(又称真实流体)流动的基本力学规律 ,在流体力学中有十分重要的意义。它是一个非线性偏微分方程 ,求解非常困难和复杂,目前只有在某些十分简单的流动 问题上能求得精确解;但在有些情况下,可以简化方程而得到近似解。例如当雷诺数RE1 时,绕流物体边界层外,粘性力远小于惯性力,方程中粘性项可以忽略,N-S方程简化为理想流动 中的欧拉方程(=-Ñp+ρF);而在边界层内,N-S方程又可简化为边界层方程,等等。在计算机问世和迅速发展以后,N-S方程的数值求解才有了很大的发展。在解释纳维-斯托克斯方程的细节之前,首先,必须对流体作几个假设。第一个是流体是连续的。这强调它不包含形成内部的空隙,例如,溶解的气体的气泡,而且它不包含雾状粒子的聚合。另一个必要的假设是所有涉及到的场,全部是可微的,例如压强,速度,密度 ,温度 ,等等。该方程从质量,动量,和能量的守恒的基本原理导出。对此,有时必须考虑一个有限的任意体积 ,称为控制体积,在其上这些原理很容易应用。该有限体积 记为\Omega,而其表面记为\partial\Omega。该控制体积可以在空间中固定,也可能随着流体运动。

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