如何通俗形象的解釋納維 斯托克斯方程?

時間 2021-06-01 11:56:16

1樓:Porcupine

通俗解釋N-S方程就是描述粘性不可壓縮流體動量守恆的運動方程。

是乙個非線性偏微分方程。

此方程的向量形式為:

在直角座標系中可寫成:

Δ是拉普拉斯運算元;ρ是流體密度;p是壓力;uvw是流體在t時刻,在點(x,y,z)處的速度分量。XYZ是外力的分量;常數μ是動力粘性係數(動力粘度μ),N-S方程概括了粘性不可壓縮流體流動的普遍規律,因而在流體力學中具有特殊意義。

粘性可壓縮流體運動方程的普遍形式為:

其中為P為流體應力張量;l為單位張量;S為變形速率張量,其在直角座標中的分量為:

μ,為膨脹粘性係數,一般情況下μ,=0。若游動流體是均質和不可壓縮的,這時μ=常數▽·v=0則方程(3)可簡化成N-S方程(1)和(2)。

如果再忽略流體粘性,則(1)就變成通常的尤拉方程形式:

即無粘性流體運動方程。

從理論上講,有了包括N-S方程在內的基本方程組,再加上一定的初始條件和邊界條件,就可以確定流體的流動。但是,由於N-S方程比尤拉方程多了乙個二階導數項μΔv,因此,

除在一些特定條件下,很難求出方程的精確解。可求得精確解的最簡單情況是平行流動。這方面有代表性的流動是圓管內的哈根-泊肅葉流動和兩平行平板間的庫埃特流動。

在許多情況下,不用解出N-S方程,只要對N-S方程各項作量級分析,就可以確定解的特性,或獲得方程的近似解。

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