為什麼納維 斯托克斯方程(Navier Stokes equation)只適用於不可壓縮實際流體?

時間 2021-05-06 05:15:45

1樓:substeps999999

nse描述的是一切連續流體的動量守恆。而只適用於不可壓縮流體的nse,也就是把密度當常數不參與微分的那種形式,叫做「不可壓縮nse」,它不是一般的nse。

總之,一般的nse適用於一切連續流體。換句話說,只要流體沒有稀薄到運動軌跡經常互相錯開產生分子間高階相關的那種程度,一般形式的nse都適用,否則需要用更底層的玻爾茲曼方程去描述。

2樓:雷鵬

安德森的《計算流體力學基礎與應用》中,推導NS方程用的是隨流體運動的無限小微元模型,質量固定,形狀和體積可以變化,因此,他推導的方程應該同時適用於不可壓縮和可壓縮的。

18世紀納維和斯托克斯兩個人分別推導方程的時候,均是從不可壓縮流體出發的。後人增加了不可壓縮的部分。

現在NS方程指代的方程不明確。有的書中直接把適用於不可壓縮流體的方程擺出來,因此只能適用於不可壓縮了。

3樓:

可壓縮和不可壓縮區別在狀態方程,不可壓縮是可壓縮的一種特殊狀態。

完全角式的ns方程是用可壓縮的狀態方程,不考慮粘性和熱擴散,就成了尤拉方程;如果強調不可壓縮特性,就成了常見的ns方程。

4樓:

先問是不是再問為什麼。

即便是最簡單流體力學書上給你的N-S方程都會說,這是不可壓縮流體的N-S。你就不想想人家為啥要加個前提嗎?

多廢話兩句,我不太清楚你看的什麼流體力學書,正常來講N-S方程的推導就是把本構方程帶入運動方程就完了。本構方程建立在可壓縮條件下就是可壓縮,建立在不可壓條件下就是不可壓。先不說書上說沒說清楚,N-S方程的推導過程你真的仔細看了嗎。

對於任何的力學理論,在學習之前一定要搞清楚前提假設,才能搞清楚理論的適用條件。舉幾個簡單的例子,你要用尤拉梁理論去解短粗梁,當然是錯的。你要用材料力學上的扭轉理論算非圓截面的杆,當然是錯的,人家假設就是圓截面假設。

再比如你要用振動力學算大變形當然是錯的。學習理論前看假設,看假設,看假設,就這。

5樓:

我見過些水力學和水輪機專業教材有直接介紹不可壓形式NS方程組的,可能是專業背景不涉及可壓流的緣故。

空氣動力學專業的不要太激動,各個專業特點不一樣,工科教材這麼寫很常見了。就像你要讓湍流領域很多大牛寫NS方程,大概率也是預設不可壓形式的。

6樓:hello hi

不是ns方程只適用不可壓縮,是因為教科書一般喜歡用不可壓縮流體作為前提來講解一些東西。不只是國內的書,像Stephen B. Pope的那本湍流教材,主要從不可壓縮流體來講的,Frisch的湍流大作也是從不可壓縮流體來講的。

可不可壓縮,並不是流體以及流體中最重要的湍流問題的核心。可能做空氣動力學的人,看到不可壓縮小心臟就受不了,但他們很多時候卻能接受無粘性假設。

引入不可壓縮流體這個假設後,ns方程中的本構關係確實簡化許多。流體本構方程這個東西並沒有多高深,很多人覺得複雜,就是因為如吳望一,張兆順等書都是從張量開始,搞出本構關係的乙個張量形式,然後開始簡化。老實說,我初學流體這塊的時候,我就不會張量那個東西。

斯托克斯也不可能是從張量的角度來搞出本構關係的,因為他的時代沒有這個工具。我是沒看過斯托克斯原始的推導,我猜測斯托克斯的推導和普朗特搞出東西乙個路子,全憑物理學intuition。

我現在教學生的乙個簡單理解的路子,從牛頓的工作開始,認為粘性應力和流體變形率線性相關,用粘性係數乘變形率完事,取一點幾個正交方向正應力一算,發現平均值不為零,這會導致熱力學壓強和這個流體壓強不等,於是引入一項來確保幾個粘性正應力均值為零,這就能得到一般的本構方程了,推導起來也很簡單,複雜麼,一點也不複雜。

7樓:GreenPigeon

我想看誰能成為第乙個順杆爬並說的有模有樣的。

畢竟流體就這樣,任何錯誤論點只要想理論證明其正確都是有一定的可能性的,直到有人能真正搞懂NS。

8樓:

誰說NS方程只能運用於不可壓縮流動?又是誰說的尤拉方程不分不可壓可壓?只是在不可壓縮的條件下, ,因此簡化為常見的不可壓縮NS方程。

簡而言之,NS和Euler都有可壓縮和不可壓縮的形式。

在可壓縮條件下,牛頓流體切應力與應變成線性正比,其張量為柯西張量:

式中 不為零, 為bulk viscosity。引用斯托克斯假設,有 。然後將此表示式代入應力張量可得

此即為NS方程右邊源項(不考慮重力、浮力以及其他源項)。不可壓縮的話,括號內第二項為零。將此代入雷諾輸運方程後即可得可壓縮NS方程。守恆形式下有(僅考慮無外源項情況)

對比不可壓縮NS

相對應的Euler方程將各自的粘性項消去即可得到。

9樓:

在封閉運動微分方程、本構方程、狀態方程和連續性方程時,做了密度為常數的假設,所以連續性方程▽.u=0,此時得到的三個速度分量為變數的簡化方程就是N-S。裡面做了密度為常數的假設啊!

肯定不可壓縮了啊!有密度符號沒問題啊,這個密度原來是ρ=(p,T),現在是常數了……

Eular方程則是進一步假設黏性力為零,所以才是理想流體方程啊。那你也可以取消密度為常數的限制,變成可壓縮的Eular方程……

不知道這麼解釋對不對,因為實在是太基礎的東西了

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