Navier-Stokes-ligningene

Fra testwiki
Sideversjon per 18. jan. 2024 kl. 22:49 av imported>Mhie fan (growthexperiments-addlink-summary-summary:2|0|0)
(diff) ← Eldre sideversjon | Nåværende sideversjon (diff) | Nyere sideversjon → (diff)
Hopp til navigering Hopp til søk

Mal:Kildeløs Navier–Stokes-ligningene, oppkalt etter Claude-Louis Navier og George Gabriel Stokes, er en ligning som beskriver bevegelse av viskøse væsker og gasser. Ligningen er en ikke-lineær, partiell differensialligning.

Vektorligningen er

ρ(𝐯t+𝐯𝐯)=p+𝕋+𝐟.

For et newtonsk fluid kan leddet 𝕋 erstattes med μ2𝐯, der μ er den dynamiske viskositetskonstanten for fluidet.

Kartesiske koordinater

Ved å skrive ut komponentene i vektorligningen over får vi følgende ligninger for impulsen i 3-D,

ρ(ut+uux+vuy+wuz)=px+μ(2ux2+2uy2+2uz2)+ρgx
ρ(vt+uvx+vvy+wvz)=py+μ(2vx2+2vy2+2vz2)+ρgy
ρ(wt+uwx+vwy+wwz)=pz+μ(2wx2+2wy2+2wz2)+ρgz

For en ikke-kompressibel væske gir kontinuitetsligningen:

ux+vy+wz=0

Sylinderkoordinater

Et variabelskifte på ligningssettet i kartesiske koordinater gir impulsligningene for r, θ, og z:

ρ(urt+ururr+uθrurθ+uzurzuθ2r)=pr+μ[1rr(rurr)+1r22urθ2+2urz2urr22r2uθθ]+ρgr
ρ(uθt+uruθr+uθruθθ+uzuθz+uruθr)=1rpθ+μ[1rr(ruθr)+1r22uθθ2+2uθz2+2r2urθuθr2]+ρgθ
ρ(uzt+uruzr+uθruzθ+uzuzz)=pz+μ[1rr(ruzr)+1r22uzθ2+2uzz2]+ρgz

Kontinuitetsligningen gir:

1rr(rur)+1ruθθ+uzz=0.

Kulekoordinater

ρ(urt+ururr+uϕrsin(θ)urϕ+uθrurθuϕ2+uθ2r)=pr+ρgr
μ[1r2r(r2urr)+1r2sin(θ)22urϕ2+1r2sin(θ)θ(sin(θ)urθ)2ur+uθθ+uθcot(θ)r2+2r2sin(θ)uϕϕ]
ρ(uθt+uruθr+uϕrsin(θ)uθϕ+uθruθθ+uruθuϕ2cot(θ)r)=1rpθ+ρgθ
μ[1r2r(r2uθr)+1r2sin(θ)22uθϕ2+1r2sin(θ)θ(sin(θ)uθθ)+2r2urθuθ+2cos(θ)uϕϕr2sin(θ)2]
ρ(uϕt+uruϕr+uϕrsin(θ)uϕϕ+uθruϕθ+uruϕ+uϕuθcot(θ)r)=1rsin(θ)pϕ+ρgϕ
μ[1r2r(r2uϕr)+1r2sin(θ)22uϕϕ2+1r2sin(θ)θ(sin(θ)uϕθ)+2urϕ+2cos(θ)uθϕuϕr2sin(θ)2]

Kontinuitetsligningen gir:

1r2r(r2ur)+1rsin(θ)uϕϕ+1rsin(θ)θ(sin(θ)uθ)=0

Mal:Autoritetsdata