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这一表述中,不再去追溯某个t时刻究竟是由过去的哪一个质元占据了现在的(x,y,z)位置并具有了速度(vx,vy,vz).将空间区域看作是“场地”,这一“场地”中有了速度分布,便称之为速度场.与此相仿,空间区域若有了加速度分布、密度分布或者压强分布,分别称之为加速度场、密度场或者压强场.速度、加速度都是矢量,对应的场属于矢量场;密度、压强都是标量,对应的场属于标量场.
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欧拉表述中,每一时刻设想在流体区域内沿各处速度方向画出一系列曲线,称之为流线.流线是这样的一些假想曲线:每一条曲线都有自己的指向,曲线上每一处P沿曲线指向的切线方向即为速度vP的方向.图6-14所示的中间一根流线,其指向为a到b的方向,P1,P2两处沿a到b的切线方向分别为v1,v2的方向.流体在各处速度唯一,流线不会相交.由流线围成的管称为流管.一般情况下,流速v的分布随时间变化,流线与流管的几何结构也随时间变化.
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图 6-14
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欧拉表述可从拉格朗日表述导出.拉格朗日表述中,(6.6)式给出了t=0时刻位于(x0,y0,z0)的质元在t时刻的速度,t时刻此质元的位置(x,y,z)由(6.5)式给出,两式联立,消去(x0,y0,z0),便得t时刻位于(x,y,z)质元的速度v,即为
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这正是欧拉表述中的速度场分布(6.8)式.同样,将拉格朗日表述中的(6.7)式与(6.5)式联立,消去(x0,y0,z0),可得t时刻位于(x,y,z)质元的加速度a,即为
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或分解地表述成
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这便是欧拉表述中的加速度场分布式.
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欧拉表述中的加速度场分布式也可直接由速度场分布式导出.借用拉格朗日表述中的(6.5)式,将其代入欧拉表述中的速度场分布式(6.8),可得
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这些表述式可解读为:t时刻位于(x,y,z)处质元的速度,经过追溯,其实是t=0时刻某个位于(x0,y0,z0)处的质元在t时刻到达(x,y,z)处时所具有的速度.于是,t时刻此质元的加速度便是
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即得加速度场分布式与速度场分布式的下述关系:
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其中vx,vy,vz均由(6.8)式给出.
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例4 某流体的拉格朗日表述中的二维运动方程为
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(1)导出拉格朗日表述中质元的二维速度公式和加速度公式;
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