連續(xù)性方程是流體力學(xué)基本方程之一,其表達(dá)式為
流體連續(xù)性方程的物理意義是質(zhì)量守恒,它有多種推導(dǎo)方法,例如常見的根據(jù)雷諾輸運(yùn)方程的推導(dǎo)。本文給出一種根據(jù)高斯公式的推導(dǎo)方法。
q表示單位時(shí)間通過某一截面的流體總質(zhì)量,j是單位時(shí)間通過單位面積的流體質(zhì)量,可以用流線的疏密程度表示,(圖片來自Wikipedia)
根據(jù)高斯公式(高斯公式、通量、散度的物理意義)可知
表示單位時(shí)間從單位體積的空間流出的流體的質(zhì)量,跟據(jù)質(zhì)量守恒,其值等于單位時(shí)間內(nèi)流體密度的減少量,即
根據(jù)向量微分算符的運(yùn)算性質(zhì),
由上述兩式消去
就可以得到前面的連續(xù)性方程。
對(duì)于(近似)不可壓縮流體,例如自來水管中的水,密度為一常量,連續(xù)性方程簡(jiǎn)化為
對(duì)于管路中截面速度均勻分布的流體,根據(jù)上式可以得出管中流速跟垂直于流速方向的截面面積S成反比,即
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