Navier--Stokes 方程的不同形式

计算科学 纳维斯托克斯
2021-12-25 18:46:33

通常我将不可压缩的牛顿等温流 Navier--Stokes 方程写成如下:

vtνΔv+(v)v+1ρp=fb

但我现在正在阅读以下内容

vtνΔv+(vv)+1ρp=fb

两个方程一样吗?我无法证明它们是相同的,这就是为什么我认为它们是不同的方程(并且不仅仅是不同的符号)。

2个回答

第二个方程中的运算是二进积的散度。两个向量的二进积是一个方阵。在这种情况下,一个矩阵,其中vv3×3(vv)ij=vivj

该乘积的散度由 给出,您可以在此处找到向量恒等式的详细信息。第一项由于不可压缩性约束而消失,

(vv)=(v)v+vv
v=0

张量符号在这里作为一种替代方法很有帮助 - 并且是一种很好的证明方式 - 其他答案中提到的向量微积分恒等式(如果您不记得它们)。的第 i 个分量的 Navier-Stokes 方程为v

tvi+1j3vjjvi=ip+1j3jjvi

我使用速记符号t=ti=xi

不可压缩性为:

1j3jvj=0

现在让我们用这个符号来用红色表示术语的第 i 个分量:

{(vv)}i=(viv)=1j3j(vivj)

我们可以分配导数,并使用不可压缩性:

{(vv)}i=vi1j3jvj=0+1j3vjjvi=vvi

这就是对于不可压缩流,平流可以写成这两种不同(但等效)的形式的方式。写为分歧,然后很容易得出控制体积上的能量预算。