牛顿流体动量控制方程

流体动量控制方程

Equation of Motion for a Newtonian Fluid with Constant ρρ and μμ

控制方程通式:

ρDvvDt=p+μ2vv+ρggρDvvDt=−∇p+μ∇2vv+ρgg

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.
ρ(vxt+vxvxx+vyvxy+vzvxz)=px+μ[2vxx+2vxy+2vxz]+ρgxρ(∂vx∂t+vx∂vx∂x+vy∂vx∂y+vz∂vx∂z)=−∂p∂x+μ[∂2vx∂x+∂2vx∂y+∂2vx∂z]+ρgx1-1
ρ(vyt+vxvyx+vyvyy+vzvyz)=py+μ[2vyx+2vyy+2vyz]+ρgyρ(∂vy∂t+vx∂vy∂x+vy∂vy∂y+vz∂vy∂z)=−∂p∂y+μ[∂2vy∂x+∂2vy∂y+∂2vy∂z]+ρgy1-2
ρ(vzt+vxvzx+vyvzy+vzvzz)=pz+μ[2vzx+2vzy+2vzz]+ρgzρ(∂vz∂t+vx∂vz∂x+vy∂vz∂y+vz∂vz∂z)=−∂p∂z+μ[∂2vz∂x+∂2vz∂y+∂2vz∂z]+ρgz1-3

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.
ρ(vrt+vrvrr+vθrvrθ+vzvrzv2θr)=pr+μ[r(1rr(rvr))+1r22vrθ2+2vrz22r2vθθ]+ρgrρ(∂vr∂t+vr∂vr∂r+vθr∂vr∂θ+vz∂vr∂z−vθ2r)=−∂p∂r+μ[∂∂r(1r∂∂r(rvr))+1r2∂2vr∂θ2+∂2vr∂z2−2r2∂vθ∂θ]+ρgr2-1
ρ(vθt+vrvθr+vθrvθθ+vzvθz+vrvθr)=1rpθ+μ[r(1rr(rvθ))+1r22vθθ2+2vθz2+2r2vrθ]+ρgθρ(∂vθ∂t+vr∂vθ∂r+vθr∂vθ∂θ+vz∂vθ∂z+vrvθr)=−1r∂p∂θ+μ[∂∂r(1r∂∂r(rvθ))+1r2∂2vθ∂θ2+∂2vθ∂z2+2r2∂vr∂θ]+ρgθ2-2
ρ(vzt+vrvzr+vθrvzθ+vzvzz)=pz+μ[1rr(rvzr)+1r22vzθ2+2vzz2]+ρgzρ(∂vz∂t+vr∂vz∂r+vθr∂vz∂θ+vz∂vz∂z)=−∂p∂z+μ[1r∂∂r(r∂vz∂r)+1r2∂2vz∂θ2+∂2vz∂z2]+ρgz2-3

3.球坐标系(r,θ,ϕr,θ,ϕ)

球坐标系Spherical coordinates(r, θϕ r, θ, ϕ ):NO.
ρ(vrt+vrvrr+vθrvrθ+vϕrsinθvrϕv2θ+v2ϕr)=pr+μ[1r22r2(r2vr)+1rsinθθ(sinθvrθ)+1r2sin2θ2vrϕ2]+ρgrρ(∂vr∂t+vr∂vr∂r+vθr∂vr∂θ+vϕrsinθ∂vr∂ϕ−vθ2+vϕ2r)=−∂p∂r+μ[1r2∂2∂r2(r2vr)+1rsinθ∂∂θ(sinθ∂vr∂θ)+1r2sin2θ∂2vr∂ϕ2]+ρgr3-1
ρ(vθt+vrvθr+vθrvθθ+vϕrsinθvθϕ+vrvθv2ϕcotθr)=1rpθ+μ[1r2r(r2vθr)+1r2θ(1sinθθ(vθsinθ))+1r2sin2θ2vθϕ2+2r2vrθ2cotθr2sinθvϕϕ]+ρgθρ(∂vθ∂t+vr∂vθ∂r+vθr∂vθ∂θ+vϕrsinθ∂vθ∂ϕ+vrvθ−vϕ2cotθr)=−1r∂p∂θ+μ[1r2∂∂r(r2∂vθ∂r)+1r2∂∂θ(1sinθ∂∂θ(vθsinθ))+1r2sin2θ∂2vθ∂ϕ2+2r2∂vr∂θ−2cotθr2sinθ∂vϕ∂ϕ]+ρgθ3-2
ρ(vϕt+vrvϕr+vθrvϕθ+vϕrsinθvϕϕ+vϕvr+vθvϕcotθr)=1rsinθpϕ+μ[1r2r(r2vϕr)+1r2θ(1sinθθ(vϕsinθ))+1r2sin2θ2vϕϕ2+2r2sinθvrϕ+2cotθr2sinθvθϕ]+ρgϕρ(∂vϕ∂t+vr∂vϕ∂r+vθr∂vϕ∂θ+vϕrsinθ∂vϕ∂ϕ+vϕvr+vθvϕcotθr)=−1rsinθ∂p∂ϕ+μ[1r2∂∂r(r2∂vϕ∂r)+1r2∂∂θ(1sinθ∂∂θ(vϕsinθ))+1r2sin2θ∂2vϕ∂ϕ2+2r2sinθ∂vr∂ϕ+2cotθr2sinθ∂vθ∂ϕ]+ρgϕ3-3

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