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2.4.4.2 非圧縮性流体(密度$ \rho $ [kg/m$ ^3$ ]は一定)

密度$ \rho $ [kg/m$ ^3$ ]が一定の非圧縮性流体の場合は面に垂直な$ \tau$ の式(2.175)は質量保存の式(2.34) $ \bm{\nabla} \cdot \bm{v} = 0$ から次式のようになる。

% latex2html id marker 21288 $\displaystyle \left. \begin{array}{ccc} \sigma_x ...
...P + 2 \mu \dfrac{\partial w}{\partial z} = - P + \tau_{zz} \end{array} \right\}$ (2.177)

xyz軸での出入の総和式(2.176) へ面に垂直な$ \tau$ [Pa]の上式(2.178)と面に平行な$ \tau$ [Pa]の式(2.61)を代入すると、コントロールボリューム全体での時間あたりの仕事が次式で求められる。

$\displaystyle \bigg($ $\displaystyle - P \dfrac{\partial u}{\partial x} - P \dfrac{\partial v}{\partia...
...artial x} - v \dfrac{\partial P}{\partial y} - w \dfrac{\partial P}{\partial z}$    
  $\displaystyle + u \dfrac{\partial \tau_{xx}}{\partial x} + v \dfrac{\partial \t...
...\tau_{xz}}{\partial x} + w \dfrac{\partial \tau_{yz}}{\partial y} \bigg) dxdydz$    
$\displaystyle =$ $\displaystyle \bigg[ - P \bigg( \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial ...
...l x} + v \frac{\partial P}{\partial y} + w \frac{\partial P}{\partial z} \bigg)$    
  $\displaystyle + 2 \mu \bigg( u \frac{\partial }{\partial x} \dfrac{\partial u}{...
...rtial y} + w \frac{\partial }{\partial z} \dfrac{\partial w}{\partial z} \bigg)$    
  $\displaystyle + \mu u \bigg\{ \frac{\partial }{\partial y} \bigg( \frac{\partia...
...g( \frac{\partial v}{\partial x} + \frac{\partial u}{\partial y} \bigg) \bigg\}$    
  $\displaystyle + \mu w \bigg\{ \frac{\partial }{\partial x} \bigg( \frac{\partia...
...ial w}{\partial y} + \frac{\partial v}{\partial z} \bigg) \bigg\} \bigg] dxdydz$    
$\displaystyle =$ % latex2html id marker 21302 $\displaystyle \Bigg( - P \underbrace{\bigg( \frac...
...l x} + v \frac{\partial P}{\partial y} + w \frac{\partial P}{\partial z} \bigg)$    
  % latex2html id marker 21303 $\displaystyle + \mu \bigg[ u \bigg\{ \frac{\parti...
...ial y} + \frac{\partial w}{\partial z} \bigg)}_{式(\ref{eq-mass})より0} \bigg\}$    
  % latex2html id marker 21304 $\displaystyle + v \bigg\{ \frac{\partial ^2 v}{\p...
...ial y} + \frac{\partial w}{\partial z} \bigg)}_{式(\ref{eq-mass})より0} \bigg\}$    
  % latex2html id marker 21305 $\displaystyle + w \bigg\{ \frac{\partial ^2 w}{\p...
...al w}{\partial z} \bigg)}_{式(\ref{eq-mass})より0} \bigg\} \bigg] \Bigg) dxdydz$    
$\displaystyle =$ $\displaystyle \bigg[ - \bigg( u \frac{\partial P}{\partial x} + v \frac{\partial P}{\partial y} + w \frac{\partial P}{\partial z} \bigg)$    
  $\displaystyle + \mu \bigg\{ u \bigg( \frac{\partial ^2 u}{\partial x^2 } + \fra...
...artial y^2 } + \frac{\partial ^2 w}{\partial z^2 } \bigg) \bigg\} \bigg] dxdydz$    
$\displaystyle =$ $\displaystyle \bigg\{ - \bm{v} \cdot \bm{\nabla} P + \mu \big( u \bm{\nabla}^2 u + v \bm{\nabla}^2 v + w \bm{\nabla}^2 w \big) \bigg\} dxdydz$    
  $\displaystyle = \left( - \bm{v} \cdot \bm{\nabla} P + \mu \bm{v} \cdot \bm{\nabla}^2 \bm{v} \right) dxdydz$ (2.178)


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