随体导数

更新时间:2022-09-27 20:57

随体导数,流体力学中的术语。表示流体质点在欧拉场内(见流体运动学)运动时所具有的物理量对时间的全导数。

定义

流体质点在欧拉场内(见流体运动学)运动时所具有的物理量对时间的全导数。

研究流体在某点的力学状态时,常考虑这个点周围很小范围内的物质(以下称之为流体微团)随时间变化的变化率。比如这个流体微团的体积随时间的变化率,再如流体微团密度随着时间的变化率等。

应用

A. 速度的随体导数-加速度

如果取流体质点的速度矢量v(r,t)为物理量,则加速度 就是速度矢量的随体导数,式中r为质点的位置矢量,t为时间。根据复合函数微分法则,可得:

式中称为速度矢量的局部导数或当地导数;u、v、w为在直角坐标系中的三个分量;称为速度矢量的位变导数或对流导数。于是,随体导数等于局部导数和位变导数之和(如题图)。

B. 推广

用算符可推广上式来表示其他物理量的随体导数。如果取密度为质点的物理量,则密度的随体导数为。质点的密度在运动过程中不变的流体称为不可压缩流体。因此,对于不可压缩流体而言,有。

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