
【化】 Euler equations for hydrodynamics
欧拉流动力学方程(Euler Equations of Fluid Dynamics)是描述理想流体(无粘性、无热传导)运动的核心偏微分方程组,由瑞士数学家莱昂哈德·欧拉于18世纪提出。该方程基于质量守恒、动量守恒和能量守恒定律,采用欧拉描述法(以空间固定点为参照)表征流体运动规律。
连续性方程(Continuity Equation)
表征质量守恒:
$$ frac{partial rho}{partial t} + abla cdot (rho mathbf{u}) = 0 $$
其中:
动量方程(Momentum Equation)
表征牛顿第二定律(动量守恒):
$$ frac{partial (rho mathbf{u})}{partial t} + abla cdot (rho mathbf{u} otimes mathbf{u}) = - abla p + rho mathbf{g} $$
其中:
能量方程(Energy Equation)
表征能量守恒:
$$ frac{partial E}{partial t} + abla cdot left[ (E + p) mathbf{u} right] = rho mathbf{g} cdot mathbf{u} $$
其中:
用于模拟飞机机翼绕流、火箭喷管流动等,优化气动外形设计。
简化的大气动力学方程(如浅水方程)源于欧拉方程组。
预测叶轮机械内部流动特性,提升水轮机、燃气轮机效率。
Bruce R. Munson et al., John Wiley & Sons. (经典教材,详述方程推导与实例)
Euler Equations in Compressible Flow (官方解读方程物理意义)
Brenner, M.P. Fluid Mechanics: The Legacy of L. Euler. Nature 405, 625–627 (2000). (论述欧拉方程的历史地位)
Fluid Dynamics: Euler Equations (数学推导与边界条件分析)
注:实际工程中常结合计算流体力学(CFD)方法(如有限体积法)求解欧拉方程,数值模拟复杂流动场景。
欧拉流动力学方程(Euler Equations)是描述无黏性理想流体运动的基本方程组,由数学家莱昂哈德·欧拉于18世纪提出。以下是其详细解释:
欧拉方程基于质量、动量和能量守恒定律,适用于无黏性(无内摩擦)且无热传导的理想流体。其核心思想是通过速度场和压力场描述流体微团的瞬时运动状态,包括速度、密度、压力等参数的时空演化规律。
欧拉方程通常分为以下三类守恒形式:
连续性方程(质量守恒)
$$frac{partial rho}{partial t} +
abla cdot (rho mathbf{u}) = 0$$
其中$rho$为密度,$mathbf{u}$为速度矢量。
动量方程(牛顿第二定律)
$$frac{partial (rho mathbf{u})}{partial t} +
abla cdot (rho mathbf{u} otimes mathbf{u}) = -
abla p + mathbf{f}$$
$p$为压力,$mathbf{f}$为外力(如重力)。
能量方程(能量守恒)
$$frac{partial E}{partial t} +
abla cdot left[ (E + p) mathbf{u} right] = 0$$
总能量$E$包括内能和动能,满足$E = frac{p}{gamma - 1} + frac{1}{2} rho u$,$gamma$为比热比。
方程属于非线性偏微分方程组,求解需结合数值方法(如有限体积法)。对于不可压缩流动,常与泊松方程联立求解压力场。
如需进一步了解方程的推导或具体求解方法,可参考流体力学教材或数值模拟相关文献。
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