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流体运动的描述

/description of fluid motion/
最后更新 2024-07-03
浏览 94
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建立描述流体运动的方法,以研究流体运动的规律。

英文名称
description of fluid motion
所属学科
力学

在流体力学中,描写流体运动的方法有两种,即欧拉方法和拉格朗日方法。

这种方法着眼于流场空间中的固定点,把流体质点的物理量表示为空间点位置和时间的函数,即

 (1)

上式中称为欧拉坐标,不同的值代表不同的空间点。

空间点上的物理量是指某时刻占据空间点的流体质点的物理量,不同时刻占据该空间点的流体质点不同,因此欧拉方法表示的是流体物理量在不同时刻的空间分布,又称为“场”。流场的观点就是欧拉观点。在欧拉方法中最重要的流体物理量是速度和压强,通常称为速度场和压强场。由于引入场的观点,可用数学中成熟的场论知识作为理论分析工具,因此欧拉方法是流体力学数学解析法中最常用的描述和分析方法。

这种方法着眼于确定的流体质点,而不是空间的固定点,它把任一质点的运动过程中的物理量规定为标志该流体质点的矢量变数和时间的函数,即

 (2)

这样函数实际上给出了流场中所有流体质点在运动过程中相应的物理量变化的历史。

应该指出,上述两种表述方法对于流体的运动是完全等效的,可以从一种表述方式唯一地转换成另一种表述方式。在理论分析中,常用的表述方式是欧拉方法,这是因为在表示基本物理定律的流体运动方程中,那些表示流体质量、动量和能量输运的项,总和这些物理量分布的瞬时梯度,即空间导数直接关联,采用表示瞬时流场的欧拉方法显得特别方便,也特别适合于运用场论、矢量和张量分析等现成的数学工具。在少数情况下,以跟踪流体质点进行流动分析更为适宜,此时就应采用拉格朗日方法。

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