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第七章 不可压缩流体动力学基础
在前面的章节中,我们学习了理想流体和粘性流体的流动分析,按照水力学的观点,求得平均量。但是,很多问题需要求得更加详细的信息,如流速、压强等流动参数在二个或三个坐标轴方向上的分布情况。本章的内容介绍流体运动的基本规律、基本方程、定解条件和解决流体问题的基本方法。
第一节 流体微团的运动分析
运动方式:①移动或单纯的位移(平移)②旋转③线性变形④角变形。位移和旋转可以完全比拟于刚体运动,至于线性变形和脚变形有时统称为变形运动则是基于液体的易流动性而特有的运动形式,在刚体是没有的。
在直角坐标系中取微小立方体进行研究。
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一、平移:如果图(a)所示的基体各角点的质点速度向量完全相同时,则构成了液体基体的单纯位移,其移动速度为ux、uy、uz。基体在运动中可能沿直线也可能沿曲线运动,但其方位与形状都和原来一样(立方基体各边的长度保持不变)。
二、线变形:从图(b)中可以看出,由于沿y轴的速度分量,B点和C点都比A点和D点大了
?uy?y
dy,而
?uy?y就代表dy?1时液体基体运动时,在单位时间内
沿y轴方向的伸长率。
?uy?ux?u,,z ?y?x?z三、角变形(角变形速度)
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?ux?uydy?dtdx?dt?u?ux?yy?dt d???dt d???xdx?xdy?yd????d??? ???d??d? 2d??d?1??ux?uy??角变形: ?z?d???? ????22??y?x?? ?y?1??ux?uz????
2??z?x?1??uy?uz??? ?x?? ?2??z?y??四、旋转(旋转角速度) ?z????1??uy?ux???? ??2??x?y?1??uz?uy???x??? 即, ?2??y?z???y??1??ux?uz???
2??z?x?j??yuyk? ?zuzi?1???2?xux那么,代入欧拉加速度表达式,得:
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