通过上边的推导,我们得出了描述牛顿流体运动的微分方程组,共
5 个方程,包括连续方程( 1 个),动量方程( 3 个),能量方程( 1 个),而未知量有 6 个 http://jpkc.nwpu.edu.cn/jp2005/17/dzjc/chapter/chapter10/chapter10_3_clip_image002.gif(以直角坐标为例,柱坐标结果一样),因此方程并不封闭,所以还要补充一个热力学的关系式,即完全气体状态方程
http://jpkc.nwpu.edu.cn/jp2005/17/dzjc/chapter/chapter10/chapter10_3_clip_image004.gif (10.40)
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这样包括状态方程在内,基本方程组共有 6
个方程,构成封闭的方程组。但是要得到具体的解还要给定相应的初始和边界条件,这些条件统称为定解条件。
• 初始条件
在初始时刻,方程组的解应该等于该时刻给定的函数值。在数学上可以表示为
在 http://jpkc.nwpu.edu.cn/jp2005/17/dzjc/chapter/chapter10/chapter10_3_clip_image006.gif
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(10.41)
式中 http://jpkc.nwpu.edu.cn/jp2005/17/dzjc/chapter/chapter10/chapter10_3_clip_image012.gif时刻的已知函数。
• 边界条件
在运动流体的边界上,方程组的解所应满足的条件称为边界条件。边界条件随具体问题而定,一般来讲可能有以下几种情况:固体壁面(包括可渗透壁面)上的边界条件;不同流体的分界面(包括自由液面、气液界面、液液界面)上的边界条件;无限远或管道进出口处的边界条件等。
对于不可渗漏的固体边界速度为无滑移条件、温度为无突跃条件,即
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(10.42)
如果固体边界为可渗漏,则边界条件要根据具体情况来确定。
对于所有的流动进出口截面,应给出每时刻截面上速度、压力和温度的分布。对于流体绕流物体的问题,进出口边界变成了无穷远边界,应给出无穷远边界条件。
对于可压缩的粘性流动,由于速度、压强、密度和温度都在变化,因此求解的方程除了连续方程和动量方程外,还必须考虑能量方程和状态方程。求出速度、压强和温度分布后,可以进一步求出物体的阻力和热交换。
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