流體力學裡面,對於固定控制體的積分形式的質量守恆,控制體的時間變化率為什麼是偏導數?

時間 2021-09-20 16:01:37

1樓:瀋飛

北航航空系學生,之前與題主有相同的疑問,老師給的解釋是 是時間的一元函式沒有問題,它對時間的導數就應該寫為 (如果附加隨體條件,也可寫為 ),並且顯然

那 是什麼意思呢?這個記號很顯然不符合數學規範,從而不是一種嚴格的表達,而是很多流體和空氣動力教材中的一種約定俗成的記號,其實際意義就是

用這個形式化的記號,從物理上理解就是想強調固定 在空間中的位置不變(也就是 在 時刻經過的控制體的體積分)對時間求導,所以積分號外寫成 。

2樓:範帝楷

我看了下原文,這裡是用的尤拉觀點,就是說固定了區域,考察流體的變化那麼在固定區域的條件下,質量隨著時間的變化其實就只用考慮 了因為密度 ,每個點的密度雖然不同,但是尤拉觀點下,點是不動的,考慮動力學方程實際上只用對t求導就行了,估計作者為了不引起歧義,所以這裡用了偏導數符號

畢竟在流體力學中通常

3樓:

私以為 @朱輝 的回答沒回答到點子上。乙個多元函式,對其中一些引數做定積分之後與這些引數無關,這是不爭的事實。我認為該問題的核心不在於這裡。

先直接回答問題。我認為,這個問題出在對「固定控制體」的理解上——這個控制體其實並不是固定的,只是在乙個特定的時刻占有了空間的某片特定的區域而已,控制體是時間的函式。這該怎麼理解?

我們還是應該回歸到雷諾輸運方程上來——它代表了物質輸運的一般規律,從它可以推導出連續性方程。

雷諾輸運定理說了一件什麼事情呢?實際上它說的是:乙個物質體系內某種流體廣延量的增長率,等於體系在該時刻所佔的那個空間域中同一物理量的增長率,加上單位時間內由區域邊界流出的該物理量的總量。

寫成嚴謹的數學表示式,則應該是

一定要注意的是:雷諾輸運定理固定的是系統,控制體只是隨著這個系統隨時取的乙個空間,本質上不能「固定」。上式是完全嚴格成立的,由嚴謹的數學推導而來,而不像一些書裡採用了玄學物理推導。

具體過程可參考莊禮賢《流體力學》(將附在本回答最後)或者不可壓縮流速度散度為什麼是0? - 鬱林成森的回答 - 知乎

若按上式,將物理量 用密度 代入,則有 , 確實是關於的單變數函式,沒有問題。等式右邊是 ,實際上,題主書中的項正是右邊等式中的 。

按照這種表述, 。很明顯,出現了衝突,而這個衝突恰好在於 是否是時間的函式上。答主恰巧在陳浮老師所著的《空氣動力學基礎》一書上看到了一種物理上的玄學解釋:

更新:若按 @瀋飛 大佬所述,將 定義為,那麼題主的書上就是對的。

4樓:小明不出去

你這問題有點意思,你不說我還真沒想過它為什麼是偏微分。但是我感覺即使確定了控制體積,不應該就認為(x,y,z,t)裡面就只有t乙個變數了。控制體積在積分的時候,控制體積是有長寬高的,所以x方向有x→x+△x,yz方向也是同樣的。

不知道我這個解釋對不對,請各位朋友批評指正。

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