牛顿黏度定律
Newton’s Law of Viscosity
先定义矢量 ττττ
ττ=−μ(∇vv+(∇vv)†)+(23μ−κ)(∇⋅vv)δττ=−μ(∇vv+(∇vv)†)+(23μ−κ)(∇⋅vv)δ
τyxτyx物理的意义:在垂直于y方向的单位面积的面上所受到x方向上的力,可以表达为
τyx=−μdvxdyτyx=−μdvxdy
其中
ττ是流体所受的剪应力[Pa][Pa]
μμ是流体的黏度 [Pa⋅s][Pa·s]
dvxdydvxdy是xx方向上速度的分量在方向上的梯度[s−1][s−1]
1.直角坐标系(x,y,zx,y,z)
| 直角坐标系Cartesian coordinates ( x,y,z x,y,z ): | NO. |
|---|---|
| τxx=−μ[2∂vx∂x]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τxx=−μ[2∂vx∂x]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 1-1 |
| τyy=−μ[2∂vy∂y]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τyy=−μ[2∂vy∂y]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 1-2 |
| τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 1-3 |
| τxy=τyx=−μ[∂vy∂x+∂vx∂y]τxy=τyx=−μ[∂vy∂x+∂vx∂y] | 1-4 |
| τyz=τzy=−μ[∂vz∂y+∂vy∂z]τyz=τzy=−μ[∂vz∂y+∂vy∂z] | 1-5 |
| τzx=τxz=−μ[∂vx∂z+∂vz∂x]τzx=τxz=−μ[∂vx∂z+∂vz∂x] | 1-6 |
其中
∇⋅vv=∂vx∂x+∂vy∂y+∂vz∂z∇⋅vv=∂vx∂x+∂vy∂y+∂vz∂z
2.圆柱坐标系(r,θ,zr,θ,z)
| 圆柱坐标系Cylindrical coordinates coordinates (r, θ, z r, θ, z ): | NO. |
|---|---|
| τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 2-1 |
| τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 2-2 |
| τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 2-3 |
| τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ]τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ] | 2-4 |
| τθz=τzθ=−μ[1r∂vz∂θ+∂vθ∂z]τθz=τzθ=−μ[1r∂vz∂θ+∂vθ∂z] | 2-5 |
| τzr=τrz=−μ[∂vr∂z+∂vz∂r]τzr=τrz=−μ[∂vr∂z+∂vz∂r] | 2-6 |
其中
∇⋅vv=1r∂∂r(rvr)+1r∂vθ∂θ+∂vz∂z∇⋅vv=1r∂∂r(rvr)+1r∂vθ∂θ+∂vz∂z
3.球坐标系(r,θ,ϕr,θ,ϕ)
| 球坐标系Spherical coordinates(r, θ, ϕ r, θ, ϕ ): | NO. |
|---|---|
| τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 3-1 |
| τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 3-2 |
| τzz=−μ[2(1rsinθ∂vϕ∂ϕ+vr+vθcotθr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)τzz=−μ[2(1rsinθ∂vϕ∂ϕ+vr+vθcotθr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv) | 3-3 |
| τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ]τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ] | 3-4 |
| τθϕ=τϕθ=−μ[sinθr∂∂θ(vϕsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ]τθϕ=τϕθ=−μ[sinθr∂∂θ(vϕsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ] | 3-5 |
| τϕr=τrϕ=−μ[1rsinθ∂vr∂ϕ+r∂∂r(vϕr)]τϕr=τrϕ=−μ[1rsinθ∂vr∂ϕ+r∂∂r(vϕr)] | 3-6 |
其中
∇⋅vv=1r2∂∂r(r2vr)+1rsinθ∂∂θ(vθsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ∇⋅vv=1r2∂∂r(r2vr)+1rsinθ∂∂θ(vθsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ
参考文献
- R. Byron Bird, Warren E. stewart, Edwin N. Lightfoot.* Transport phenomena:Revised second edition* John Wiely &Sons, Inc.
本文介绍了牛顿黏度定律,详细阐述了在直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系中,黏度张量ττττ的定义,并引用了经典教材《Transport Phenomena》作为参考。

被折叠的 条评论
为什么被折叠?



