Limite continuo
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En base a las distintas propiedades que se pueden calcular con las distribuciones de velocidades se pueden también establecer ecuaciones diferenciales continuas que equivalen a las conocidads ecuación de continuidad, Navier Stokes y transporte de calor.
ID:(1222, 0)
Limite continuo
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En base a las distintas propiedades que se pueden calcular con las distribuciones de velocidades se pueden también establecer ecuaciones diferenciales continuas que equivalen a las conocidads ecuación de continuidad, Navier Stokes y transporte de calor.
Variables
Cálculos
Cálculos
Ecuaciones
Ejemplos
Como la masa es constante, la fuerza con
puede ser reemplazada por la masa por la aceleraci n quedando con
en que se incluyo un termino que representa las colisiones.
Si se multiplica la ecuaci n con
por la masa y se integra sobre las velocidades se obtiene con
El primer termino de la ecuaci n con
puede reescribirse con la expresi n para la densidad con
con
El primer termino de la ecuaci n con
puede reescribirse con la expresi n para la velocidad media con
con
El tercer termino de la ecuaci n con
$m\displaystyle\int_V d^3v \displaystyle\sum_ia_i\displaystyle\frac{\partial f}{\partial v_i}=m\displaystyle\int_V d^3v\vec{\nabla}\cdot(\vec{a}f)$
\\n\\nlo que se puede reducir, mediante el teorema de la divergencia, a una integral sobre la superficie \\n\\n
$m\displaystyle\int_V d^3v\vec{\nabla}\cdot(\vec{a}f)=m\displaystyle\int_S dS\hat{n}\cdot(\vec{a}f)$
Como se puede asumir que la velocidad en el infinito es cero se tendr con
Como la masa se conserva, el termino de colisiones en la ecuaci n con
debe ser nulo, o sea con
Partiendo de las expresiones, con
con
con
y con
la ecuaci n con
se reduce a la ecuaci n de continuidad con
Si se multiplica la ecuaci n con
por la masa y componente
El primer termino de la ecuaci n con
puede reescribirse con la expresi n para la velocidad media con
con
El segundo termino de la ecuaci n con
involucra un tensor del promedio del producto de las velocidades con
La velocidad
Por definici n de la velocidad media de las part culas es igual a la velocidad del flujo:\\n\\n
$\langle\vec{v}\rangle=\vec{u}$
y por ello la velocidad de las part culas en el sistema local con
Con la definici n de la velocidad en el sistema de coordenadas locales
se puede reescribir el tensor del promedio del producto de las velocidades con
El tercer termino de la ecuaci n con
$m\displaystyle\int d^3v \displaystyle\sum_i v_ja_i\displaystyle\frac{\partial f}{\partial v_i}$
\\n\\nen que se puede realizar una integraci n parcial quedando\\n\\n
$m\displaystyle\sum_i a_i\displaystyle\int d^3v v_j\displaystyle\frac{\partial f}{\partial v_i}=m\displaystyle\sum_i a_i\displaystyle\int d^3v\left[\displaystyle\frac{\partial}{\partial v_i}(fv_i)-\delta_{ij}f\right]$
\\n\\nEn este caso se puede realizar la integraci n en que el primer termino es nulo en la medida que la distribuci n lo sea en el infinito, por lo que se tiene\\n\\n
$m\displaystyle\sum_i a_i\displaystyle\int d^3v\left[\displaystyle\frac{\partial}{\partial v_i}(fv_i)-\delta_{ij}f\right]=-a_jm\displaystyle\int d^3v f$
que con la densidad con
resulta con
Como el momento se conserva en las colisiones, el termino de colisiones en la ecuaci n con
debe ser nulo, o sea con
De las expresiones, con
con
con
y con
la ecuaci n con
se reduce a la ecuaci n de continuidad con
La ecuaci n con
se puede reescribir con la ecuaci n de continuidad con
con
La presi n se puede expresar con
Para escribir la ecuaci n del flujo en la forma tradicional se puede introducir con
con
Con el tensor de tensi n viscosa con
la ecuaci n de flujo con
se escribe con
Si se multiplica la ecuaci n con
por la energ a cin tica y se integra sobre las velocidades se obtiene que con
La energ a se puede calcular con
El flujo de energ a por conducci n se puede calcular con
La fracci n de disipaci n viscosa se puede calcular con
La energ a se puede calcular con
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