ДИНАмИКА ТЕЧЕНИЙ НЕВЯЗКОЙ (ИДЕАЛЬНОЙ) ЖИДКОСТИ
Идеальной называют жидкость, у которой нет трения, т. е. жидкие элементы могут свободно перемещаться в касательном направлении один относительно другого. Математически это выражается приравниванием нулю касательных напряжений, т. е. для идеальной жидкости справедливо
при . (2.67)
В идеальной жидкости отличны от нуля только нормальные напряжения:
Тензор напряжений в индексной записи можно записать следующим образом:
(2.68)
где –символ Кронекера, при , при ; р – давление.
Поскольку касательные напряжения связаны с понятием вязкости, можно утверждать, что идеальная жидкость – это невязкая жидкость.
Перейдем теперь к системе уравнений движения идеальной жидкости. В закон сохранения массы выражение для напряжений не входит. Поэтому уравнения (2.60) и (2.66) сохраняют свою силу и для невязкой и для вязкой жидкости:
(2.69)
или
(2.70)
Уравнение количества движения получит вид:
а) в интегральной форме
(2.71)
б) в дифференциальной форме
(2.72)
или после дифференцирования в скобках и использования уравнения неразрывности;
(2.73)
Обратим внимание, что уравнение (2.72) представляет собой консервативную форму уравнения количества движения. В свою очередь, уравнение (2.73) является неконсервативным. Эта форма уравнения наиболее распространена и носит имя Леонарда Эйлера.
Для замыкания системы уравнений движения сжимаемой жидкости используем уравнение Тэйта:
(2.74)
В декартовой системе координат уравнения движения невязкой сжимаемой жидкости имеют вид:
(2.75)
(2.76)
Таким образом, для определения пяти неизвестных и, v, w, p,имеем пять уравнений (2.74)... (2.76) Система замкнута!
Для дальнейших анализов полезно записать уравнение количества движения Эйлера в естественной системе координат. Обращаясь к выражениям для ускорений в этой системе, можем записать
, (2.77)
где - бинормаль.
Указанные уравнения позволяют сделать небольшой качественный анализ течений. Представим, что течение стационарное и массовые силы отсутствуют (). В этом случае
(2.78)
В случае прямолинейного движения давление может изменяться только вдоль линий тока. С другой стороны, если движение криволинейно и V=const, то существует перепад давления по нормали.