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连续介质中的动量守恒

1827
  • Augustin-Louis Cauchy
在实验室环境中演示动量守恒原理的流体力学实验。.

(图片仅供参考)

对于流体或固体等连续系统,动量守恒以微分形式表示。某点的动量密度 [latex]\rho \vec{v}[/latex] 的变化率受考希应力张量 [latex]\sigma[/latex] 和体力 [latex]\vec{f}[/latex] 的发散性支配。这可以用考希动量方程来描述:[latex]\frac\{partial (\rho\vec{v})}{partial t}+ \nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v}) = \nabla \cdot \sigma + \vec{f}[/latex]。.

在处理流体或可变形固体等连续体时,跟踪单个粒子是不切实际的。相反,我们使用密度([latex]\rho[/latex])、速度([latex]\vec{v}[/latex])和应力([latex]\sigma[/latex])等在空间和时间上连续变化的场来描述系统。动量守恒原理适用于连续体中的无限小体积元素。.

柯西动量方程本质上是牛顿第二定律在该体积元素上的应用。项 [latex]\frac{partial (\rho \vec{v})}{partial t}[/latex] 代表体积内的动量变化率。项 [latex]\nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v})[/latex] 表示动量流出体积的净速率(平流)。项 [latex]\nabla \cdot \sigma[/latex] 表示由于周围材料的应力而作用在体元上的表面力。考奇应力张量 [latex]\sigma[/latex] 是一个二阶张量,用于描述某点的应力状态。最后,[latex]\vec{f}[/latex] 表示作用在体积上的体力(如重力)。.

这个方程是连续介质力学的基石。当它与连续性方程(质量守恒方程)和状态方程结合起来时,就构成了纳维-斯托克斯方程的基础,而纳维-斯托克斯方程又是流体动力学的基础。

UNESCO Nomenclature: 2209
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 艾萨克-牛顿运动定律
  • 欧拉的流体力学研究成果
  • 丹尼尔-伯努利原理
  • 向量微积分和张量分析的发展

应用程序

  • 计算流体动力学(cfd)
  • 航空航天工程(机翼设计)
  • 结构工程(应力分析)
  • 地球物理学(地幔对流)
  • 气象学(天气预报)

专利:

NA

潜在创新理念

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相关内容: 连续介质力学、柯希动量方程、应力张量、流体动力学、动量密度、发散、体力、纳维-斯托克斯方程、固体力学、平流。.

历史背景

连续介质中的动量守恒

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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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