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Лекции Ивашкин МЖГ

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2.

m .

.

, :

 

d

m =

d

ρ V = 0 .

(2.1)

 

 

 

 

dt

 

dt

 

,

!! "

(2.1)

"

[ . (1.14)]:

 

dρ

V + ρ

d

V =

dρ

 

V + ρ div

 

V .

 

 

w

 

dt

dt

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

dρ

+ ρ div

 

= 0 .

 

 

(2.2)

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# ,

V

 

 

 

 

d

 

ρ V = 0 .

 

 

 

 

(2.3)

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$% !! ", , % :

 

dρ

 

 

d

 

dρ

 

 

 

 

 

 

V + ρ

 

 

 

V =

 

+ ρ

div

w

V

= 0 .

 

 

 

 

 

V

dt

V

 

dt

V

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$ , ,

(2.2).

& : 1) , %

% ; 2) ,

% . '

(2.3), !! " – (2.2).

' !! "

% % % : 1)

% « »

; 2) ,

,

.

13

( !! " ,

%

.

% ( !! "),

%

.

) (2.2)

[ . (1.5)],

 

∂ρ

+

 

grad ρ + ρ div

 

=

∂ρ

+ div (ρ

 

) = 0.

(2.4)

 

w

w

w

 

 

 

 

t

 

 

 

t

 

( :

 

 

 

 

 

 

 

 

1) &

(∂ρ / ∂t = 0). *, (2.4):

 

div (ρw ) = 0 ;

2) (ρ = const). *, (2.4): div w = 0 .

+,

, . .

& !, .

# m ( , )

, %

. ,, "

n (" " "), e . . $

f,

df

+ f div

 

= 0.

(2.5)

w

 

dt

 

- ,

, !.

 

! " #

 

! ! " # .

 

&

 

%

" : 1)

( ); 2) . +,

 

 

V,

.

&

, . '

f &

F, % m, :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

F

 

 

 

 

 

f = lim

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

m→0

m

V →0

 

V

$ , δF,

δV,

δF = ρf δV .

(2.6)

14

( .

 

f = g

, %, " , , ".

'

, :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

P ,

 

 

P

 

 

 

 

S →0

S

 

 

___

 

 

 

 

 

 

P – , % S.

$

f

P

, f ! "

, . . , P

" S , ,

. 0 , ! "

( - r n

% ).

$ ! .

M &

%

δS ( . 4), "

 

n

%. -

 

%,

 

" , %

 

" . $

 

"

 

PnδS,

 

. 4. $ !

 

n

,

 

% n. 1,

, c ,

& – PnδS.

2,

 

 

Pn

 

n

% P,

 

 

 

! "

 

-

r. + "

 

MABC

( . 5). ' %

ABC

 

δSn,

 

%,

%

"

ABC

,

 

δSx, δSy,

δSz

(

x, y, z

%

, %).

 

' , . .

%

 

" %

,

& " "

. 5. % & ! #

 

", δm:

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δm = f δm + Pn δS n

Px

δS x

Py δS y

Pz δS z ,

(2.7)

wc

wc

– ;

Pn,

Px, Py,

Pz

– ,

%

δSx,

δSy,

δSz

(

 

«–», & δSx, δSy, δSz i, j, k

.)

15

. (2.7)

w δm

f δm

 

, . *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pn δS n = Px δS x + Py δS y + Pz δS z .

 

- ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δSx

= δSn

cos (n,€x) = nx δSn ,

 

 

δS y

= δSn

cos (n,€y ) = ny δSn ,

 

 

δSz

= δSn

cos (n,€z ) = nz δSn ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ n y

 

 

 

 

 

 

 

Pn = nx Px

Py + nz Pz ,

(2.8)

( " )

P = n P + n P + n P ,

 

 

nx

x xx

y yx

z zx

 

 

 

= n P

+ n P

+ n P ,

 

P

 

(2.9)

ny

x xy

y yy

z zy

 

 

P = n P + n P + n P .

 

 

 

nz

x xz

y yz

z zz

 

' : 1- P

,

%; 2- – ,

.

' " Pxx, Pyy, Pzz Px, Py, Pz

% % ,

– .

+ (2.9) , " ,

%,

" ,

%, . . .

, 2- ,

:

 

Pxx

Pyx

Pzx

 

 

P

Pxy

Pyy

Pzy

.

(2.10)

 

Pxz

Pyz

Pzz

 

 

* (2.9)

 

 

 

 

 

 

Pn =

 

P .

(2.11)

 

n

,

Pn, % % ,

P, % . # ,

" ! , %

( ), , ,

.

! '

- ,

% % ,,

% :

16

d (mw ) = F , dt

. .

, .

V , S.

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

wρ dV

=

f ρ dV +

P dS ,

(2.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

V

 

 

 

V

 

 

 

S

 

 

 

. . V

. ! V, ,

,

(2.12).

" . " # $ – ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Py

 

 

 

 

 

 

P

 

P

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

ρ dS =

 

 

x

+

 

 

 

+

 

z

dV .

(2.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

V x

y

 

z

 

" (2.13) (2.12),

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Py

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

P

 

 

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

− ρf

 

x

 

 

 

 

z

 

dV = 0.

(2.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

dt

 

 

 

 

x

 

y

 

z

 

 

% (2.14) ,

(

V

# & ), & (

# & ).

' ,

(2.14) ## & ,

(2.14), # &

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Py

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

P

 

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

= ρf +

 

x

+

 

 

 

+

 

z

.

(2.15)

 

 

 

 

y

 

 

 

dt

 

 

 

x

 

z

 

% (2.15) « ». '

:

w

 

+ wx

w

 

+ wy

w

 

+ wz

w

= ρf x +

P

+

Pyx

+

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;

 

 

ρ

 

x

x

x

x

 

xx

 

 

zx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

x

 

y

 

 

z

 

x

 

y

 

z

 

 

 

 

w

 

 

w

 

 

w

 

 

w

 

P

 

P

 

P

 

 

 

 

+ wx

 

+ wy

 

+ wz

= ρf y +

+

+

;

 

(2.16)

ρ

 

y

 

y

 

y

 

y

 

xy

yy

zy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

x

 

y

 

z

 

x

 

y

 

z

 

 

 

w

 

 

w

 

 

w

 

 

w

 

P

 

Pyz

 

P

 

 

 

 

+ wx

 

+ wy

 

+ wz

= ρf z +

+

+

 

 

 

ρ

t

z

x

 

y

 

z

 

 

x

y

z .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

(

(2.15) (∂ Px / ∂x + ∂ Py / ∂y + ∂ Pz / ∂z). ',

(2.16), , ( )

P,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Py

 

 

 

 

 

P

+

+

P

= Div P = P .

 

 

 

x

 

 

 

 

z

(2.17)

 

 

 

y

z

 

x

 

 

 

) (2.17) &

:

 

 

 

 

 

 

 

y

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

div a =

x

+

+

z

.

 

 

 

 

 

 

x

y

z

 

 

 

 

 

 

 

 

. *, # (2.17)

Px, Py, Pz, Div P ;

# div a

 

&

a div a .

 

+ (2.17) (2.15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

dw

 

 

 

 

 

= ρf

+ Div P .

(2.18)

 

 

 

 

dt

 

( – )

( ) . +

, . .

Pxy = Pyx = Pyz = Pzy = Pzx = Pxz = 0 .

Pnx = Pn nx ; Pny = Pn n y ; Pnz = Pn nz ,

Pnx – & x , n.

( )

Pn = Pn n .

, (2.9), Pxy = Pyx = Pyz = … = 0,

Pxx = Pyy = Pzz = Pn ,

. .

, .

p. + p

. #

Pn = Pn n = − pn n .

18

' P &

 

− p

0

0

 

1

0

0

 

 

P

0

− p

0

= − p

0

1

0

= − pε ,

(2.19)

 

0

0

− p

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε – & ( # ).

% (2.19)

( ). "

,

, # & # &.

+ (2.19)

(

), ,:

&

,

(2.20)

Pi j = ηSi j

.

i j (η – ## & ); Si j – # &.

-

& ,

,

, .

( (2.20)

,

, –

# &. - ,

, ,. *

:

&

+ bε ,

(2.21)

P = aS

a b – ; ε – &.

* (2.21)

# &, a

P Ś

# .

(2.21)

(2.20), ,

(1.13), a = 2η.

' a b

P Ś, , ,

& ( . .

).

. , , #

( . . )

. b

& ,

. !

& 2- ,

(Pxx + Pyy + Pzz). "

# &

&

&

&

 

 

 

= div w .

S xx

+ S yy

+ S zz

19

"

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b = b(Pxx + Pyy

+ Pzz )+ b′′ div

 

+ b′′′,

 

 

 

w

 

b΄, b΄΄, b΄΄΄

– ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, (2.21),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.22)

 

 

P = 2ηS + [b(Pxx + Pyy + Pzz )+ b′′ div w + b′′′] ε.

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' (2.22) –

ε = 3,

– ,

 

Pxx + Pyy

+ Pzz = 2ηdiv

 

+ 3b(Pxx

+ Pyy + Pzz )+ 3b′′ div

 

+ 3b′′′.

 

w

w

 

" ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 − 3b)

(Pxx + Pyy + Pzz ) = (2η + 3b′′) div

 

+ 3b′′′.

(2.23)

w

", ,

div w = 0,

 

, ,

 

Pxx + Pyy + Pzz = − 3P0 ,

P0 – .

(2.23)

− 3P0 (1 − 3b) = 3b′′′.

0

,

b′ =

1

;

b′′′ = 0.

 

3

 

 

(2.23),

b′′ =

2

3

div w ≠ 0, ,

η.

0, (2.22)

# & :

&

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P = 2ηS

+ [

3

(Pxx + Pyy + Pzz )

3

ηdiv w ] ε.

(2.24)

" (2.24). '

,. + , #

: 1- – ,

# &; 2- – &

# &.

13 (Pxx + Pyy + Pzz ) = − p + η′ div w .

+

P = 2ηS

[p + (3

η − η′) div w ] ε ,

(2.25)

&

2

 

 

 

 

η' – ## & .

' ,

η' / η

, , , . . . * ( ) η' ≈ 0

.

20

' , div w = (1 / ρ) (dρ / dt)

. "

, . . #,

. -

. ,

& ( ,

), &

.

, (2.25)

(2.18) &, ,–+

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dw

 

 

 

 

 

&

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

dt

= ρf + Div {2ηS − [P + (

3

η − η′) div w ] ε}=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.26)

 

 

 

 

 

 

η − η′)div w ]+ 2 Div (ηS),

= ρf − grad [P + (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Div (ϕε) = grad ϕ.

" (2.26) ,–+

:

dw

 

 

 

1

[

(

 

)]

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

= ρf − grad p +

3

+ η

w .

 

η grad

div w

 

 

(2.26 )

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" (2.26'), ,

, . 1 :

1)f – & ,

;

2)(1 / ρ) grad p – ,

;

3) (1 / 3) (η / ρ) grad (div w)

 

,

 

;

 

 

 

 

 

 

4) (1 / ρ) η Div Ś – ,

 

.

 

 

 

 

 

 

( ,–+ ( . . 1–2).

1. 3 (η = 0):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

= ρf

− grad p .

(2.27)

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

- – .

2.3 , &, ,

:

w

wx

+

1

 

P

= 0.

(2.28)

 

 

 

x

x ρ

 

x

 

 

 

 

- – ! ## & #. ' #

:

 

w2

+

P

= const .

(2.29)

2

ρ

 

 

 

( ,–+

 

(div w = 0) . *

21

dt 2
+ (2.31)

. ,:

( ");

, ,

( .). "

, #$ ,

.

, , # :

%

& (& )

. , ,

,

#

:

d

ρ

w2

dv =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ f

 

 

dv +

P

 

 

dS +

N dv ,

(2.30)

w

w

dt

 

2

 

 

 

 

 

 

n

in

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

V

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

V

 

 

Nin – .

" , (2.11) # $ —

, :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

w

dS =

 

(

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P)

w

dS =

 

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(Pw

) dS =

 

(Pw

)

dS =

 

div (Pw

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S

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

S

 

 

 

S

 

 

 

V

 

 

" (2.30)

, %

## & #:

ρ

d

 

w2

 

 

 

 

+ div (Pw

) + N

 

 

 

 

= ρf

 

 

 

.

(2.31)

 

w

in

 

 

ρdw w ≡ ρf w + w Div P , dt

(2.18)

w. "

:

Nin =

 

Div P − div (Pw

).

(2.32)

w

% (2.32):

div (Pw ) = (Pw ) = w P + P ( w ) = w Div P + P ( w ).

22