
【計】 governing equation
在漢英詞典視角下,“控制方程”(Control Equation)指描述物理系統演化規律的核心數學方程組,用于約束和預測系統行為。其核心含義可拆解為:
控制方程廣泛應用于工程與科學領域:
$$ rho left( frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot abla mathbf{v} right) = - abla p + mu abla mathbf{v} + mathbf{f} $$
$$ frac{partial T}{partial t} = alpha abla T $$
$$ begin{aligned}
abla cdot mathbf{E} &= frac{rho}{varepsilon_0}
abla times mathbf{E} &= -frac{partial mathbf{B}}{partial t} end{aligned} $$
根據《中國大百科全書·力學卷》,控制方程是“反映物理系統内在規律的微分方程組”(中國大百科全書出版社, 2002)。
美國機械工程師協會(ASME)在計算流體動力學指南中強調,控制方程需滿足守恒律與邊界條件(ASME V&V 20-2009)。
在航空航天領域,NASA将控制方程用于飛行器氣動設計(NASA Technical Report, 2017);在環境科學中,其用于氣候模型構建(IPCC AR6, 2021)。
控制方程描述普適守恒律(如質量守恒),而本構方程(Constitutive Equations)定義材料特性(如應力-應變關系),二者共同構成完整數學模型。
控制方程(Governing Equations)是描述物理系統或工程問題中核心規律的一組數學方程,通常基于守恒定律或本構關系建立。它們定義了系統中關鍵變量(如速度、壓力、溫度等)的相互作用和演化規律,是科學計算與工程仿真的基礎。
物理本質的數學表達
控制方程通過微分方程(偏微分方程為主)或積分形式,将質量、動量、能量等守恒定律轉化為可計算的數學模型。例如:
依賴初始與邊界條件
控制方程需結合初始狀态(如初始溫度分布)和邊界條件(如固定約束或熱流邊界)才能唯一确定解。
領域 | 控制方程示例 | 形式 |
---|---|---|
流體動力學 | 連續性方程、N-S方程 | 偏微分方程組 |
固體力學 | 胡克定律結合平衡方程 | 偏微分方程 |
電磁學 | 麥克斯韋方程組 | 偏微分方程 |
控制方程是連接物理現象與數學工具的橋梁,其精确性和適用性直接影響模型預測的可靠性。如需具體領域的方程展開,可進一步說明應用場景。
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