10.3节建立的连续性方程只反映了液体运动的运动条件,即液体质点速度之间的关系,它没有说明液体运动的动力条件,即作用力与质点速度之间的关系,而本节要建立作用在理想液体上的力与质点速度之间的关系,即建立欧拉运动微分方程。
图10.4.1
对于x方向上式变为:
为了积分式(10.4.1)需要应用数学上将面积分与体积分相互转化的高斯定理。该定理表达式为:
它说明向量A在闭曲面S上的面积分等于向量A 的散度▽·A在闭曲面S所围的体积V上的体积分。
作用在控制体上x方向上的质量力为:
考虑到控制体体积上的表面力不随时间变化,式 (10.4.1)右端第一项的偏微分符号可移到积分号内,即
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式 (10.4.1)右端第二项用高斯定理变为:
将式(10.4.3)~式 (10.4.6)代入式(10.4.1),并去掉两端的积分符号得:
根据连续方程(10.3.3),上式右端最后一项中括号内等于0。然后将上式两端同除以ρ,最后得x方向的运动微分方程为:
式 (10.4.7)就是理想液体的运动微分方程,也称为欧拉运动微分方程,它是由欧拉在1775年首先导出的。
式 (10.4.7)中的x、y、z、t是自变量,p、ux、uy、uz是x、y、z、t的未知函数。X、Y、Z也是x、y、z的函数,一般是已知的。三个运动方程有四个未知数,为了求解还需加入一个连续方程,对于不可压缩液体为:这样方程的数目与未知数的数目相等,由式(10.3.6)及式(10.4.7)在一定的初始条件下可以求解p、ux、uy、uz。
物体表面法线方向上的速度un等于0就是一种边界条件,即
初始条件和边界条件对于不同问题有不同的形式,这里不作详细论述,可参考有关著作。
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