第二章流体输运性质及数学描述方法讲义
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第二章 流体运动学只研究流体运动, 不涉及力、质量等与动力学有关的物理量。
§2.1 流体运动的描述 两种研究方法:(1)拉格朗日(Lagrange)法: 以流场中质点或质点系为研究对象, 从而进一步研究整个流体。
理论力学中使用的质点系力学方法,难测量,不适用于实用理论研究。
(2)欧拉(Euler)法: 将流过空间的流体物理参数赋予各空间点(构成流场),以空间各点为研究对象,研究其物理参数随时间t ,位置(x ,y ,z )的变化规律。
易实验研究,流体力学的主要研究方法。
两种研究方法得到的结论形式不同,但结论的物理相同。
可通过一定公式转换。
1. 拉格朗日法有关结论质点: r=r (t ) dt d rV = dtd dt d V r a ==22x=x (t ) dt dxu = 22dtx d a x =y=y (t ) dtdyv = 22dt y d a y =p=p (t ) T=T (t ) .. .. .. .. .. .. .. .. 质点系:x=x (t,a,b,c ) p=p (t,a,b,c ) T=T (t,a,b,c ) .. .. .. .. .. .. .. ..(a, b, c)是质点系各质点在t =t 0时刻的坐标。
(a, b, c)不同值表不同质点2. 欧拉法物理量应是时间t 和空间点坐标x, y,z 的函数u =u(x, y, z, t) p =p(x, y, z, t) T =T(x, y, z, t) 3. 流体质点的随体导数!!流体质点的随体导数:流体质点物理参数对于时间的变化率。
简称为质点导数。
例:质点速度的随体导数(加速度)dt d V 质点分速度的随体导数dtdu质点压力的随体导数dtdp质点温度的随体导数dt dT.. .. .. .. .. .. 质点导数是拉格朗日法范畴的概念。
流体质点随体导数式---随体导数的欧拉表达式dt d V =z wy v x u t t∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇⋅+∂∂V V V V V V Vdt du =z u w y u v x u u t u u tu∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇⋅+∂∂Vdt dT =z T w y T v x T u t T T tT∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇⋅+∂∂V普遍形式: dt dF =z F w y F v x F u t F F tF∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=∇⋅+∂∂VF t )(∇⋅+∂∂=V证其一: dt d V =V V V∇⋅+∂∂t 由 dt d V=tt ∆-→∆V V 'lim 0因 V=V (x ,y , z,t )V ’=V (x+Δx ,y+Δy ,z+Δz,t+Δt )所以 V ’=V++∆∂∂x x V +∆∂∂y y V z z∆∂∂V t t ∆∂∂+V 代入上式得dt d V==∆∆∂∂+∂∂∆+∂∂∆+∂∂∆→∆tt z z y x xt tV V y V V lim 0V V V z V y V x V t V ∇⋅+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=tw v u 可见, 在欧拉法中质点速度的随体导数(即加速度)由两部分组成。