《高等流体力学》第二章例题

1.试对柱坐标形式的微六面体,建立运动方程 解:系统总动量变化率≡控制体内动量 变化率+经控制面净流出的动量 控制体内动量变化率 (puroroeo at 48 x 经控制面净流出的动量 r方向(mmn).-( pu, urSA=) Lou, ur+ (pu uirOr1680z-[pu, ur-(pu urSrS8sz .(pu urSr580z 0方向 (pupuors80z 06 Z方向c()roO0

1. 试对柱坐标形式的微六面体,建立运动方程. r dr dz x z d  解: 系统总动量变化率= 控制体内动量 变化率 + 经控制面净流出的动量 控制体内动量变化率: 经控制面净流出的动量 r 方向  方向 Z 方向 ( ) ( ) [ ( ) ] [ ( ) ] ( ) r r r r r r r r r r u ur z u ur z u ur u ur r z u ur u ur r z r r u ur r z r                 + −   = + − −    =  ( ) u u r z        ( ) z u ru r z z      ( ) ur r z t     

系统总动量变化率 (pir)+ (pu ir)+ (pueui)+.(pu ruord80z fril ap 1 a +-(pu,r)+-(pun)+-(pu.)+pr Oi+ncin+lt如+n2186 t r ar r06 ar r a0 az Du =p-rOro86z Dt 柱坐标中=l,en+le+e, 06 于是 Du a a, ue a L-+ 06 Que +ugee +ue) +u Or ragaz De +. ue oue+u z +0) ar r a8 +u au u ou,+u c)e t 06 az

系统总动量变化率 [ ( ) ( ) ( ) ( )] 1 1 { [ ( ) ( ) ( )] [ ]} r z r z r z ur u ur u u u ru r z t r z u u u u u ru u r u u r u u r z t r r r z t r r z Du r r z Dt                           + + +             = + + + + + + +         = 柱坐标中 , , r r r z z r e e u u e u e u e e e         = + + = = −   2 ( )( ) ( ) ( ) ( ) r z r r z z r r r r r z r r r z z z z z r z z Du u u u u e u e u e Dt t r r z u u u u u u u u e t r r z r u u u u u u u u u e t r r z r u u u u u u u e t r r z                      = + + + + +         = + + + − +         + + + + +         + + +     于是

微元体所受的表面力 or(rp,)+agta(rp )]dededr l 06 (ro2)+=+on+-(ro0)le+ 06 ()+2n+2()E}mk 06 微元体所受的重力 FB=pgrord00z=(pg, e,+pgee+pge ror800z

[ ( ) ( )] {[ ( ) ( )] [ ( ) ( )] [ ( ) ( )] } S r z r rr zr r r r z z rz zz z p F rp rp d dzdr r z r r e r z r r e r z r r e drd dz z z                              = + +       = + − + +       + + + +       + +    微元体所受的表面力 微元体所受的重力 ( ) F gr r z g e g e g e r r z B r r z z = = + +          

依据动量定理 ①D。,O m08++[(m)+aaV lr t a0- az r Pg +-(ro)+ 00-0w+y(ro 06 +u dug u, ue 06 P8a+-[(ro)+ 00+0+(rod 06 az L + 06 n8:+0 rO.)+ +—(r 00 az

依据动量定理 1 [ ( ) ( )] r z Du p g rp rp Dt r r z        = + + +    2 1 [ ( ) ( )] 1 [ ( ) ( )] 1 [ ( ) r r r r r z r x rr zr r r z r r z z z z z r z z rz u u u u u u u u t r r z r g r r r r z u u u u u u u u u t r r z r g r r r r z u u u u u u u t r r z g r r z                                        + + + −        = + + − +        + + + +        = + + + +        + + +       = + +  ( )] z zz r z    +  

2.教科书(1.6) 在下边习题求解中会用到以下公式,请参阅有关资料。 柱坐标与直角坐标 =rose y=rsin 6 6= arc tg COS u= cos ou+sin e y ar r ae a cos0 a ue =-sin e u+ cos81 =sin e-+ r a0 ⅩA(r,O,z) u =w p=p(r,O,=)=p(x,y,=) r=r(x,y),b=0(x,y),z= ui +v+wk=u, e, +upeo+ue ao ao ar a0 00 cos e ao sin 0 ag ly=ui·n+y·en+wk:e,= cos0 u+ sino v ax ar ax a0 ax A ao ao ar a0 a0 ao cose ag ue=ui.ea+vj.eg+wk.ee=-sin 0 u+cos 0 v =sin0-+ ay a o0 ay ar r a0 u=ui.e+ve+wk.e=w

     = = = sin cos z z y r x r          = = = + arc tg 2 2 z z x y r x y       = = − + = + sin cos cos sin u w u u v u u v z r                 =     +   =     −   =   cos sin sin cos z z y r r x r r       2. 教科书(1.6) 在下边习题求解中会用到以下公式，请参阅有关资料。 柱坐标与直角坐标 X A(r, , z) Z r  Y ( , , ) ( , , ) ( , ), ( , ), sin cos cos sin r z x y z r r x y x y z z r x r x x r r r y r y y r r z z                             = = = = =        = + = −               = + = +          =   cos sin sin cos r r z z r r r r z z z z ui vj wk u e u e u e u ui e vj e wk e u v u ui e vj e wk e u v u ui e vj e wk e w           + + = + + =  +  +  = + =  +  +  = − + =  +  +  =