纳维尔-斯托克斯方程是流体力学中用来描述流体运动的基本方程。它以法国工程师克劳德-路易·纳维尔和爱尔兰数学家乔治·加布里埃尔·斯托克斯的名字命名。该方程是一个非线性偏微分方程组,用于描述流体的速度、压力和密度等物理量随时间和空间的变化。
纳维尔-斯托克斯方程与牛顿运动定律
纳维尔-斯托克斯方程可以看作是牛顿运动定律在流体中的表达。牛顿运动定律指出,流体的加速度正比于作用在其上的净力。纳维尔-斯托克斯方程将这一定律应用到流体微元上,得出流体微元的加速度与压强梯度和粘性力的关系。
用张量语言简化流体力即立刻得到散度的对应表达:
\nabla \cdot A = \nabla_\alpha A^\alpha
在下面的计算中,将反复用到这些翻译,在矢量微积分与张量分析间来回切换,以实现高效地推导与计算。
结论
使用张量语言可以大大简化流体力学中的矢量计算。通过将速度、应力、应变等物理量表示为张量,可以使用矩阵运算来代替复杂的矢量计算,从而大大提高计算效率。纳维尔-斯托克斯方程是流体力学中用来描述流体运动的基本方程,可以使用张量语言来推导和求解,使计算过程更加简洁明了。
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