Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости

Закон сохранения количества движения для неизолированной системы может быть записан в виде:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru где Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - главный вектор количества движения системы

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - главный вектор внешних сил, действующих на систему

В жидкости выделим элементарный тетраэдр с гранями Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru . Индекс показывает перпендикулярно какой оси расположены грани, Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - наклонная грань. К граням приложены соответствующие напряжения Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru (не перпендикулярные граням). Масса тетраэдра Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru . На тетраэдр действуют массовые и поверхностные силы. Массовые характеризуются вектором плотности Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru , поверхностные – напряжениями. Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - скорость центра инерции тетраэдра

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - третий порядок малости

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru - второй порядок малости

Членами третьего порядка малости пренебрегаем.

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru и т.д.

пх

Получим связь напряжений, действующих на грани выделенного тетраэдра:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

В проекциях на координатные оси это уравнение может быть переписано:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

В записанной системе Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru называются нормальными напряжениями, а Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru и т.д. называются касательными напряжениями. Все напряжения могут быть записаны в матричной форме в виде симметричного тензора напряжений:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Первый индекс определяет ось, относительно которой расположена грань, второй – ось на которую проецируется напряжение.

Уравнение движения сплошной среды в напряжениях.

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Рассмотрим элементарный параллелепипед с ребрами Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru . Объем его Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru . На него действуют массовые и поверхностные силы определяемые главным вектором внешних сил Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru . К параллелепипеду применим закон сохранения количества движения:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Для определения главного вектора поверхностных сил рассмотрим все силы, дающие проекцию на ось х. Для граней перпендикулярных х проекцию дают только силы, создаваемые нормальными напряжениями. Поэтому равнодействующая этих сил равна:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Аналогично для граней перпендикулярных z получим равнодействующую равную: Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Равнодействующая поверхностных сил в проекции на ось х равна: Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Тогда закон сохранения количества движения в проекции на х можно записать:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Полученная система называется системой уравнений движения сплошной среды в напряжениях. В левой части стоит полная производная от скоростей, которые могут быть расписаны через локальные и конвективные составляющие ускорения. При определенных условиях левая часть значительно упрощается (стационарное, двухмерное или одномерное течение).

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru Т.к. Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

систему можно записать в виде одного уравнения в векторной форме записи:

Нормальное и касательное напряжение, действующие в движущейся жидкости - student2.ru

Наши рекомендации