牛顿黏度定律【Newton's Law of Viscosity】

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。

牛顿黏度定律

Newton’s Law of Viscosity

先定义矢量 ττττ

ττ=μ(vv+(vv))+(23μκ)(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 [Pas][Pa·s]
dvxdydvxdyxx方向上速度的分量在y方向上的梯度[s1][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[2vxx]+(23μκ)(vv)τxx=−μ[2∂vx∂x]+(23μ−κ)(∇⋅vv)1-1
τyy=μ[2vyy]+(23μκ)(vv)τyy=−μ[2∂vy∂y]+(23μ−κ)(∇⋅vv)1-2
τzz=μ[2vzz]+(23μκ)(vv)τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv)1-3
τxy=τyx=μ[vyx+vxy]τxy=τyx=−μ[∂vy∂x+∂vx∂y]1-4
τyz=τzy=μ[vzy+vyz]τyz=τzy=−μ[∂vz∂y+∂vy∂z]1-5
τzx=τxz=μ[vxz+vzx]τzx=τxz=−μ[∂vx∂z+∂vz∂x]1-6

其中

vv=vxx+vyy+vzz∇⋅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[2vrr]+(23μκ)(vv)τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv)2-1
τθθ=μ[2(1rvθθ+vrr)]+(23μκ)(vv)τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)2-2
τzz=μ[2vzz]+(23μκ)(vv)τzz=−μ[2∂vz∂z]+(23μ−κ)(∇⋅vv)2-3
τrθ=τθr=μ[rr(vθr)+1rvrθ]τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ]2-4
τθz=τzθ=μ[1rvzθ+vθz]τθz=τzθ=−μ[1r∂vz∂θ+∂vθ∂z]2-5
τzr=τrz=μ[vrz+vzr]τzr=τrz=−μ[∂vr∂z+∂vz∂r]2-6

其中

vv=1rr(rvr)+1rvθθ+vzz∇⋅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, θϕ r, θ, ϕ ):NO.
τrr=μ[2vrr]+(23μκ)(vv)τrr=−μ[2∂vr∂r]+(23μ−κ)(∇⋅vv)3-1
τθθ=μ[2(1rvθθ+vrr)]+(23μκ)(vv)τθθ=−μ[2(1r∂vθ∂θ+vrr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)3-2
τzz=μ[2(1rsinθvϕϕ+vr+vθcotθr)]+(23μκ)(vv)τzz=−μ[2(1rsinθ∂vϕ∂ϕ+vr+vθcotθr)]+(23μ−κ)(∇⋅vv)3-3
τrθ=τθr=μ[rr(vθr)+1rvrθ]τrθ=τθr=−μ[r∂∂r(vθr)+1r∂vr∂θ]3-4
τθϕ=τϕθ=μ[sinθrθ(vϕsinθ)+1rsinθvθϕ]τθϕ=τϕθ=−μ[sinθr∂∂θ(vϕsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ]3-5
τϕr=τrϕ=μ[1rsinθvrϕ+rr(vϕr)]τϕr=τrϕ=−μ[1rsinθ∂vr∂ϕ+r∂∂r(vϕr)]3-6

其中

vv=1r2r(r2vr)+1rsinθθ(vθsinθ)+1rsinθvθϕ∇⋅vv=1r2∂∂r(r2vr)+1rsinθ∂∂θ(vθsinθ)+1rsinθ∂vθ∂ϕ

参考文献
  1. R. Byron Bird, Warren E. stewart, Edwin N. Lightfoot.* Transport phenomena:Revised second edition* John Wiely &Sons, Inc.
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值