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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.

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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.

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Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

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 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



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Ejemplos

Como la masa es constante, la fuerza con list=9074 es

equation=9074



puede ser reemplazada por la masa por la aceleraci n quedando con list la ecuaci n de Boltzmann de la forma

equation

en que se incluyo un termino que representa las colisiones.

Si se multiplica la ecuaci n con list=9709

equation=9709



por la masa y se integra sobre las velocidades se obtiene con list que

equation

El primer termino de la ecuaci n con list=9710

equation=9710



puede reescribirse con la expresi n para la densidad con list=8458

equation=8458



con list como

equation

El primer termino de la ecuaci n con list=9710

equation=9710



puede reescribirse con la expresi n para la velocidad media con list=8459

equation=8459



con list como

equation

El tercer termino de la ecuaci n con list=9710

equation=9710\\n\\npuede reescribirse como\\n\\n

$m\displaystyle\int_V d^3v \displaystyle\sum_ia_i\displaystyle\frac{\partial f}{\partial v_i}=m\displaystyle\int_V d^3v\vec{\nabla}\cdot(\vec{a}f)$

\\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 list que el tercer termino es nulo:

equation

Como la masa se conserva, el termino de colisiones en la ecuaci n con list=9710

equation=9710



debe ser nulo, o sea con list

equation

Partiendo de las expresiones, con list=9711

equation=9711



con list=9712

equation=9712



con list=9713

equation=9713



y con list=9714

equation=9714



la ecuaci n con list=9710

equation=9710



se reduce a la ecuaci n de continuidad con list:

equation

Si se multiplica la ecuaci n con list=9709

equation=9709



por la masa y componente j de la velocidad y se integra sobre las velocidades se obtiene con list que

equation

El primer termino de la ecuaci n con list=9716

equation=9716



puede reescribirse con la expresi n para la velocidad media con list=8459

equation=8459



con list como

equation

El segundo termino de la ecuaci n con list=9716

equation=9716



involucra un tensor del promedio del producto de las velocidades con list:

equation

La velocidad \vec{v} de las part culas se define respecto de un sistema de coordenadas fijo en el laboratorio. Como el flujo se desplaza a la velocidad \vec{u} se tiene que la velocidad de las part culas respecto de un sistema de coordenadas que se desplaza con list el flujo es

equation

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 list es

equation

Con la definici n de la velocidad en el sistema de coordenadas locales \vec{w} definido con list=9720 mediante

equation=9720



se puede reescribir el tensor del promedio del producto de las velocidades con list como

equation

El tercer termino de la ecuaci n con list=9716

equation=9716\\n\\ncorresponde a la derivada temporal de la densidad por el producto de la velocidad y la derivada de la funci n de distribuci n\\n\\n

$m\displaystyle\int d^3v \displaystyle\sum_i v_ja_i\displaystyle\frac{\partial f}{\partial v_i}$

\\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 list=8458

equation=8458



resulta con list

equation

Como el momento se conserva en las colisiones, el termino de colisiones en la ecuaci n con list=9716

equation=9716



debe ser nulo, o sea con list

equation

De las expresiones, con list=9717

equation=9717



con list=9722

equation=9722



con list=9719

equation=9719



y con list=9723

equation=9723



la ecuaci n con list=9716

equation=9716



se reduce a la ecuaci n de continuidad con list:

equation

La ecuaci n con list=9724

equation=9724



se puede reescribir con la ecuaci n de continuidad con list=9715

equation=9715



con list como:

equation

La presi n se puede expresar con list en funci n de las velocidades locales de las part culas mediante:

equation

Para escribir la ecuaci n del flujo en la forma tradicional se puede introducir con list=9726 el tensor de tensi n viscosa definido con la presi n:

equation=9726



con list por

equation

Con el tensor de tensi n viscosa con list=9727:

equation=9727



la ecuaci n de flujo con list=9725

equation=9725



se escribe con list como

equation

Si se multiplica la ecuaci n con list=9709

equation=9709



por la energ a cin tica y se integra sobre las velocidades se obtiene que con list

equation

La energ a se puede calcular con list de

equation

El flujo de energ a por conducci n se puede calcular con list de

equation

La fracci n de disipaci n viscosa se puede calcular con list de

equation

La energ a se puede calcular con list

equation


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