尤拉方程與淺水方程中Riemann不變數含義是什麼?

時間 2021-05-31 21:00:14

1樓:鵬鵬

Riemann不變數是雙曲型守恆方程特徵理論的精髓,相關知識可以參考應隆安的《雙曲型守恆方程及其差分方法》這本書。

對於一維雙曲型守恆方程

其特徵值為,對應左右特徵向量分別為,,其中,。通常稱定義的平面內的曲線為方程組 (1) 的特徵方程,其在相空間中的等價形式為

積分得到

即稱首次積分即為方程組 (1) 的Riemann不變數,可見,共有個Riemann不變數。題主所問的方程即為方程 (2),為特徵方程在相空間中的形式。

對於的方程組 (1),由於可以對角化,故具有比較好的性質,根據式 (3) 可得即可見

構造左特徵向量矩陣左乘方程組 (1) 可得

由此可得

即沿特徵線保持不變,沿保持不變。

對於2" eeimg="1"/>的方程組,由於無法對角化,只能表示成在張成的空間裡的形式無法解耦,故無法得到式 (4) 的性質,但Riemann不變數仍然是存在的(有的教科書將式 (4) 這種沿特徵線不變的性質作為Riemann不變數的定義,本人認為不妥,因為這樣無法定義2" eeimg="1"/>方程組的Riemann不變數),例如對一維Euler方程組,對應Riemann不變數為

下面考慮中心稀疏波和接觸間斷,由於這兩種初等波都是簡單波,故具有自相似解的形式,令,根據方程組 (1) 可得

可見,為的特徵值,為對應的右特徵向量。對Riemann不變數,沿特徵線有

跨過上述特徵線,有

因此,第簡單波連線的兩側區域的Riemann不變數相等,而在第中心稀疏波內Riemann不變數也保持不變。可以看到,對於初等波,這個性質只適用於稀疏波和接觸間斷,而不適用於激波,因為對於擬線性和非線性方程組而言,激波不是沿特徵線傳播,故跨過激波前後沒有Riemann不變數保持的性質,只能通過Rankine-Hugoniot條件來確定。需要注意的是,雖然跨過激波前後不等熵,但是等焓的過程。

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