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ラグランジュ的およびオイラー的仕様(流体)

1788
  • Joseph-Louis Lagrange
  • Leonhard Euler
Computational fluid dynamics simulation illustrating Lagrangian and Eulerian specifications.

(画像はイメージです)

これらは連続体における運動を記述する2つの方法です。 力学:

  • ラグランジアン 仕様は個々の材料粒子を追跡し、交通渋滞の中の特定の車を監視するように、時間の経過に伴うその特性を追跡します。
  • オイラー的な仕様は、空間内の固定点に焦点を当て、交通監視カメラが固定された交差点を観測するように、それらの点を通過する粒子の特性(速度、密度)を観測する。

ラグランジュ記述では、連続体の運動は個々の粒子の軌跡を追跡することによって記述されます。初期配置(時刻 t_0)における粒子の位置 [latex]mathbf{X}[/latex] をラベルとして使用します。後の時刻 [latex]t[/latex] におけるその位置は、関数 [latex]mathbf{x} = boldsymbol{chi}(mathbf{X}, t)[/latex] で与えられます。速度や加速度などの物理的特性は、[latex]mathbf{X}[/latex] を一定に保ちながらこの関数の時間微分をとることによって計算されます。このアプローチは、個々の物体を観察する方法を反映しているため、直感的です。これは、物体が変形する際に物質点が追跡される固体力学の自然な枠組みです。

一方、オイラー的な記述では、空間内の固定位置で何が起こるかに焦点を当てます。粒子を追跡する代わりに、各物理量について、位置 [latex]mathbf{x}[/latex] と時間 [latex]t[/latex] の関数として場を定義します。たとえば、速度場は [latex]mathbf{v} = mathbf{v}(mathbf{x}, t)[/latex] で与えられ、これは時間 [latex]t[/latex] に点 [latex]mathbf{x}[/latex] にある粒子の速度を表します。この視点は、一般的に流体力学においてより便利です。オイラー座標系における流体粒子の加速度は、物質微分 [latex]Dmathbf{v}/Dt = partial mathbf{v}/partial t + (mathbf{v} cdot nabla)mathbf{v}[/latex] で表され、これはある点における局所的な加速度と、粒子が異なる速度で新しい場所に移動することによって生じる対流加速度の両方を含みます。

UNESCO Nomenclature: 2209
流体力学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ニュートン力学
  • 変分法
  • 剛体の運動学
  • オイラーの流体運動に関する初期の研究

アプリケーション

  • 計算流体力学(CFD)ソルバーは、しばしばオイラー格子を使用する。
  • solid mechanics and finite element analysis typically use a lagrangian description
  • 天気予報モデルは、オイラー的な枠組みを用いて、固定された場所における大気の特性を記述します。
  • 粒子追跡速度測定法(PTV)はラグランジュ測定技術である。

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連概念:ラグランジュ法、オイラー法、流れ場、物質微分、基準座標系、流体力学、固体力学、運動学。

歴史的背景

ラグランジュ的およびオイラー的仕様(流体)

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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