[物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.3 广义 Newton 法则---本构方程
1. ${\bf P}=(p_{ij})$, 而 $$\bex p_{ij}=-p\delta_{ij}+\tau_{ij}, \eex$$ 其中 $\tau_{ij}$ 对应于摩擦切应力.
2. 由于内摩擦力只与相对运动有关, 而 $\tau_{ij}$ 与速度无关, 而只与速度梯度有关, 且为线性的 (实验已很好的证实): $$\bex \tau_{ij}=c_{ijkl}\cfrac{\p u_k}{\p x_l}. \eex$$ 由于 $(\tau_{ij})$ 和 $\sex{\cfrac{\p u_k}{\p x_l}}$ 均为二阶张量, 而由张量识别定理, $(c_{ijkl})$ 为四阶张量. 又由 $p_{ij}$ 而 $\tau_{ij}$ 对称知 $$\bex c_{ijkl}=c_{jikl}. \eex$$
3. 设流体各向同性, 则 $c_{ijkl}$ 为各向同性张量, 有形式 $$\bex c_{ijkl}=\lm \delta_{ij}\delta_{kl} +\alpha \delta_{ik}\delta_{jl} +\beta\delta_{il}\delta_{jk}. \eex$$ 令 $\alpha=\mu+\nu$, $\beta=\mu-\nu$, 则由 $c_{ijkl}=c_{jikl}$ 知 $$\bex c_{ijkl}=\lm \delta_{ij}\delta_{kl} +\mu\sex{\delta_{ik}\delta_{jl}+\delta_{il}\delta_{jk}}. \eex$$ 由此, $c_{ijkl}=c_{ijlk}$, $$\bee\label{2_2_3_tau} \tau_{ij}=\lm \Div{\bf u}\delta_{ij}+2\mu s_{ij},\quad s_{ij}=\cfrac{1}{2}\sex{\cfrac{\p u_i}{\p x_j}+\cfrac{\p u_j}{\p x_i}}, \eee$$$$\bee\label{2_2_3_p} p_{ij}=(-p+\lm \Div{\bf u})\delta_{ij}+2\mu s_{ij}, \eee$$$$\bex {\bf P}=(-p+\lm \Div{\bf u}){\bf I}+2\mu {\bf S}. \eex$$
4. $\lm$, $\mu$ 的物理意义
(1) 考虑沿 $x_1$ 方向的剪切运动 $$\bex u_1=u_1(x_3),\quad u_2=u_3=0. \eex$$ 则由 \eqref{2_2_3_p}, $$\bex p_{13}=\mu \cfrac{\p u_1}{\p x_3}. \eex$$ 这就是 Newton 法则. 称 $\mu$ 为第一粘性系数 (动力学粘性系数).
(2) 由 \eqref{2_2_3_tau}, $$\bex \cfrac{1}{3}\sum_{i=1}^3 \tau_{ii} =\sex{\lm+\cfrac{2}{3}\mu }\Div{\bf u} =\sex{\lm+\cfrac{2}{3}\mu}\cfrac{1}{\tau}\cfrac{\rd \tau}{\rd t}\quad\sex{\tau=\cfrac{1}{\rho}:\mbox{ 比容}}. \eex$$ 记 $$\bex \mu'=\lm+\cfrac{2}{3}\mu, \eex$$ 则其为平均摩擦正应力与体积变化率之比, 描述流体运动过程中由膨胀或收缩引起的平均摩擦正应力的变换; 称为第二粘性系数 (膨胀粘性系数).
5. 总结:
(1) 应力张量---本构方程: $$\bex p_{ij}=-p\delta_{ij}+ 2\mu\sex{s_{ij}-\cfrac{1}{3}\Div{\bf u}\delta_{ij}} +\mu'\Div{\bf u} \delta_{ij}. \eex$$
(2) 广义Newton 法则: $$\bex \tau_{ij}=2\mu\sex{s_{ij}-\cfrac{1}{3}\Div{\bf u}\delta_{ij}} +\mu'\Div{\bf u} \delta_{ij}, \eex$$ 其中 $\mu>0$, $\mu'\geq 0$.
[物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.3 广义 Newton 法则---本构方程的更多相关文章
- [物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.6 一维粘性热传导流体动力学方程组
一维粘性热传导流体动力学方程组: $$\beex \bea \cfrac{\p\rho}{\p t}+\cfrac{\p }{\p x}(\rho u)&=0,\\ \cfrac{\p u}{ ...
- [物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.5 粘性热传导流体动力学方程组的数学结构
1. 粘性热传导流体动力学方程组可化为 $$\beex \bea \cfrac{\p \rho}{\p t}&+({\bf u}\cdot\n)\rho=-\rho \Div{\bf u}, ...
- [物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.4 粘性热传导流体动力学方程组
粘性热传导流体动力学方程组: $$\beex \bea \cfrac{\p \rho}{\p t}+\Div(\rho{\bf u})&=0,\\ \rho \cfrac{\rd {\bf u ...
- [物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.2 应力张量
1. 在有粘性的情形, 外界流体对 $\Omega$ 的作用力, 不仅有表面上的压力 (正压力), 也有表面上的内摩擦力 (切应力). 2. 于 $M$ 处以 ${\bf n}$ 为法向的单位面积 ...
- [物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.1 引言
1. 实际的流体与理想流体的主要区别在于: 前者具有粘性 (内摩擦) 和热传导. 2. 内摩擦 (1) 当两层流体有相对运动时, 方有摩擦力; 它是一种内力; 单位面积上所受的内力称为应力; 而 ...
- [物理学与PDEs]第4章第2节 反应流体力学方程组 2.4 反应流体力学方程组的数学结构
1. 粘性热传导反应流体力学方程组是拟线性对称双曲 - 抛物耦合组. 2. 理想反应流体力学方程组是一阶拟线性对称双曲组 (取 ${\bf u},p,S,Z$ 为未知函数). 3. 右端项具有间 ...
- [物理学与PDEs]第4章第2节 反应流体力学方程组 2.3 混合气体状态方程
1. 记号与假设 (1) 已燃气体的化学能为 $0$. (2) 单位质量的未燃气体的化学能为 $g_0>0$. 2. 对多方气体 (理想气体当 $T$ 不高时可近似认为), $$\bex ...
- [物理学与PDEs]第4章第2节 反应流体力学方程组 2.2 反应流体力学方程组形式的化约
1. 粘性热传导反应流体力学方程组 $$\beex \bea \cfrac{\rd \rho}{\rd t}&+\rho \Div{\bf u}=0,\\ \cfrac{\rd Z}{\rd ...
- [物理学与PDEs]第4章第2节 反应流体力学方程组 2.1 粘性热传导反应流体力学方程组
1. 记号: $Z=Z(t,{\bf x})$ 表示未燃气体在微团中所占的百分比 ($Z=1$ 表示完全未燃烧; $Z=0$ 表示完全燃烧). 2. 物理化学 (1) 燃烧过程中, 通过化学反应 ...
随机推荐
- RabbitMQ广播:fanout模式
一. 消息的广播需要exchange:exchange是一个转发器,其实把消息发给RabbitMQ里的exchange fanout: 所有bind到此exchange的queue都可以接收消息,广播 ...
- 生成文件的MD5值
import hashlib #########测试################# m = hashlib.md5() m.update(b"hello") m.update( ...
- Redis内存优化memory-optimization
https://redis.io/topics/memory-optimization 官方文档 一.特殊编码: 自从Redis 2.2之后,很多数据类型都可以通过特殊编码的方式来进行存储空间的优化 ...
- LeetCode练习4 找出这两个有序数组的中位数
给定两个大小为 m 和 n 的有序数组 nums1 和 nums2. 请你找出这两个有序数组的中位数,并且要求算法的时间复杂度为 O(log(m + n)). 你可以假设 nums1 和 nums2 ...
- Linux:Day13(上) CentOS系统启动流程
CentOS 5和6的启动流程 Linux:kernel+rootfs kernel:进程管理.内存管理.网络管理.驱动程序.文件系统.安全功能 rootfs: glibc 库:函数集合,functi ...
- Autoware(2)—加载地图数据
选择Point cloud.Ref选择.autoware/.data/map/pointcloud_map/里面的全选 点Point cloud加载 vector Map和TF同理
- c# 7.0 6.0 新语法
1.参考地址:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/tutorials/exploration/csharp-7?tutorial-step=5 ...
- python之os
os 系统级别的操作 os.getcwd() 获取当前工作目录,即当前python脚本工作的目录路径 os.chdir("dirname") 改变当前脚本工作目录:相当于shell ...
- Abp vNext 切换MySql数据库
Abp vNext是Abp的下一代版本,目前还在经一步完善,代码已经全部重写了,好的东西保留了下来,去除了很多笨重的东西,从官宣来看,Abp vNext主要是为了以后微服务架构而诞生的. 从源码来看, ...
- vue中使用LESS、SASS、stylus
less的使用 npm install less less-loader --save 修改webpack.config.js文件.vue.cli 搭建项目可跳过此步 { test: /\.less$ ...