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[物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.1 引言
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[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; 而它通常与表面相切, 而称为切应力. (2) Newton 假设摩擦力与速度梯度成正比; 满足此假设的称为 Newton 流体; 而不满足的称为非 Newton 流体. 3. 热传导 (1) Fourier 实验定律: $$\bex \rd q=-\kappa\cfrac{\p T}{\p n}…
[物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.6 一维粘性热传导流体动力学方程组
一维粘性热传导流体动力学方程组: $$\beex \bea \cfrac{\p\rho}{\p t}+\cfrac{\p }{\p x}(\rho u)&=0,\\ \cfrac{\p u}{\p t}+u\cfrac{\p u}{\p x} +\cfrac{1}{\rho}\cfrac{\p p}{\p x} -\cfrac{1}{\rho}\cfrac{\p }{\p x}\sez{\sex{\cfrac{4\mu}{3}+\mu'}\cfrac{\p u}{\p x}}&=F,\\…
[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 $$\beex \bea \cfrac{\p \rho}{\p t}&+({\bf u}\cdot\n)\rho=-\rho \Div{\bf u},\\ \cfrac{\p{\bf u}}{\p t}&-\cfrac{\mu}{\rho}\lap {\bf u} -\cfrac{\mu'+\cfrac{1}{3}\mu}{\rho}\n\Div{\bf u} =\cfrac{1}{\rho} \sez{ \rho {\bf F}-c^2\n\rh…
[物理学与PDEs]第2章第2节 粘性流体力学方程组 2.4 粘性热传导流体动力学方程组
粘性热传导流体动力学方程组: $$\beex \bea \cfrac{\p \rho}{\p t}+\Div(\rho{\bf u})&=0,\\ \rho \cfrac{\rd {\bf u}}{\rd t} +\n p -\n\sez{ \sex{\mu'-\cfrac{2}{3}\mu}\Div{\bf u} } -2\Div(\mu {\bf S})&=\rho {\bf F},\\ \rho\cfrac{\rd e}{\rd t} +p\Div{\bf u} -\mu\sum_{…
[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{\c…
[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 ${\bf n}$ 为法向的单位面积所受的面力 (${\bf n}$ 所指一侧的流体施加的) 为 $$\bex {\bf p}_n=\lim_{{\bf n}\perp \lap S\to 0}\cfrac{\lap {\bf p}}{\lap S}. \eex$$ 称为应力向量. 3. 记 $p_{ij}$ 为以 $x_j$ 为法…
[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. 右端项具有间断性.…
[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), $$\bex p=(\gamma-1)e^\frac{S-S_0}{c_V}\rho^\gamma,\quad e=e^\frac{S-S_0}{c_V}\rho^{\gamma-1}\ra p=(\gamma-1)\rho e =(\gamma-1)\rho (E-Zg_0). \eex$$ 3. 对理想气体的多…
[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 $$\beex \bea \cfrac{\rd \rho}{\rd t}&+\rho \Div{\bf u}=0,\\ \cfrac{\rd Z}{\rd t}&=-\bar k(\rho,p,Z)Z,\\ \cfrac{\rd {\bf u}}{\rd t}&+\cfrac{1}{\rho}\n p =\cfrac{1}{\rho}\Div(2\mu{\bf S}) +\cfrac{1}{\rho}\n \sez{\sex{\mu'-\cfr…
[物理学与PDEs]第4章第2节 反应流体力学方程组 2.1 粘性热传导反应流体力学方程组
1. 记号: $Z=Z(t,{\bf x})$ 表示未燃气体在微团中所占的百分比 ($Z=1$ 表示完全未燃烧; $Z=0$ 表示完全燃烧). 2. 物理化学 (1) 燃烧过程中, 通过化学反应释放能量; 而不仅仅需要考虑单位质量的内能 (分子的动能与势能), 也要考虑化学能 (原子在分子中的能量), 于是引进完全能 $$\bex E=e+g, \eex$$ 其中 $g$ 表示单位质量的化学能. (2) 流体的状态方程一般与 $Z$ 有关 ($Z$ 不同, 混合气体不同), 而 $$\b…