由动量守恒可以得到流体的动量方程。动量守恒是流体运动时所遵循的普遍定律之一。它的物理含义是,对给定的流体系统(控制体),其动量的时间变化率等于作用在该流体系统上的外力总和。
根据动量守恒可以推导得到微分形式的动量方程
式中, ρ 是流体密度; u 、 v 、 w 是流体速度沿 x 、 y 、 z 方向的速度分量; p 是流体压力; f x 是体积力分量; τ xx 是切应力分量; τ yx 是控制体中垂直于 y 轴的平面上沿 x 轴方向的切应力分量; τ zx 是控制体中垂直于 z 轴的平面上沿 x 轴方向的切应力分量。动量方程中考虑了 惯性力 、 表面力 、 黏性力 和 体积力 。对于包含黏性力的动量方程又称为 纳维-斯托克斯方程(N-S方程) 。式(1-8)是动量方程在 x 方向上的表现形式,在 y 、 z 方向也可以得到类似的方程形式。
注意:
在有些流体力学教程中,微分形式的动量方程有时候用随体导数算子
或矢量微分算子∇来简化表示,实际上展开后与式(1-8)是一样的。本书的目的是让读者了解这些方程的基本含义,因此不对所有方向上的动量方程进行具体和完整的描述,读者如有兴趣可以查阅流体力学相关资料。