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质量守恒

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流体动力学实验室,工程师分析管道中的流动,强调质量守恒原理。

(图片仅供参考)

在连续体中 力学, the principle of mass conservation states that the mass of a closed system 必须 remain constant over time. For a fluid, this is expressed by the continuity equation. In its Eulerian differential form, it is written as [latex]\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0[/latex], where [latex]\rho[/latex] is the density and [latex]\mathbf{u}[/latex] is the velocity field.

质量守恒是物理学中的一个基本原理,它在连续介质力学中的数学表述被称为连续性方程。该方程精确地描述了物质密度如何随空间和时间变化。方程 [latex]frac{partial rho}{partial t} + nabla cdot (rho mathbf{u}) = 0[/latex] 适用于连续介质中的每一点。项 [latex]frac{partial rho}{partial t}[/latex] 表示固定点处密度的变化率(局部项或非定常项),而项 [latex]nabla cdot (rho mathbf{u})[/latex] 是质量通量 ([latex]rho mathbf{u}[/latex]) 的散度,表示从该点周围无穷小体积流出的净质量流率。

该方程本质上表明,如果某一点的密度增加,则必然是因为流入该无穷小体积的质量大于流出的质量,反之亦然。对于一种称为不可压缩流的特殊情况,流体微团的密度ρ被假定为在其运动过程中保持不变。在这种情况下,连续性方程显著简化为∇·u = 0。这种简化形式广泛应用于水等液体的建模以及低速空气动力学。连续性方程是核心控制方程之一,与……并列。 动量守恒 and energy, used in virtually all analyses in fluid dynamics and 固体力学.

UNESCO Nomenclature: 2209
- 流体动力学

类型

物理法

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 物质守恒定律的哲学原理
  • 向量微积分和散度定理的发展
  • 莱昂哈德·欧拉的流体运动方程公式
  • 丹尼尔·伯努利在流体动力学方面的工作

应用程序

  • 设计管道和暖通空调系统以确保适当的流速
  • 航空航天工程,用于计算飞机周围空气密度变化
  • 用于模拟河流流量和地下水运动的水文学
  • 根据气团运动预测天气模式的气象学

专利:

NA

潜在创新理念

  • self-regulating ‘smart pipes’ that adjust their diameter to maintain constant mass flow under varying pressure
  • 城市规划软件,使用连续性方程模拟行人流量,以防止人群拥堵
  • 人工智能物流系统将供应链中的货物视为连续流动,以优化库存
  • 先进的灭火系统,使用连续性方程实时预测烟雾和热量传播
  • 使用连续性方程描述肿瘤生长和细胞群体动态的生物模型
  • 将交易量和资本视为流场中的守恒量的金融市场模型
  • 使用连续原理模拟垃圾填埋材料压实和气体生成的废物管理系统
  • 基于流体连续性原理的计算机网络数据流量管理算法
相关内容:连续性方程、质量守恒、流体动力学、密度、速度场、不可压缩流、散度、质量通量。

历史背景

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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)

第十年 周年纪念日

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