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拉格朗日和欧拉规范(流体)

1788
  • Joseph-Louis Lagrange
  • Leonhard Euler
计算流体动力学模拟说明了拉格朗日和欧拉规范。

(图片仅供参考)

这是描述连续介质运动的两种方法。 力学:

  • 拉格朗日 技术规格会追踪单个材料颗粒的特性,就像观察交通中的特定车辆一样,长期跟踪它们的性能变化。
  • 欧拉规范关注空间中的固定点,观察通过这些点的任何粒子的属性(速度、密度),就像交通摄像头观察固定交叉路口一样。

在拉格朗日描述中,连续体的运动是通过追踪每个粒子的运动轨迹来描述的。粒子在初始状态(t₀时刻)的位置 X 被用作其标签。它在稍后时刻 t 的位置由函数 x = χ(X, t) 给出。速度和加速度等物理性质通过对该函数求时间导数来计算,同时保持 X 不变。这种方法很直观,因为它反映了我们观察单个物体的方式。它是固体力学的自然框架,在固体力学中,材料点在物体变形时被追踪。

相反,欧拉描述侧重于空间固定位置上发生的事情。我们不跟踪粒子,而是为每种物理属性定义一个场,作为位置 [latex]\mathbf{x}[/latex] 和时间 [latex]t[/latex] 的函数。例如,速度场由 [latex]\mathbf{v} = \mathbf{v}(\mathbf{x},t)[/latex]给出,它表示在时间 [latex]t[/latex] 时恰好位于点 [latex]\mathbf{x}[/latex] 的粒子的速度。对于流体动力学来说,这种视角通常更为方便。欧拉帧中流体质点的加速度由物质导数描述,[latex]D\mathbf{v}/Dt = \partial \mathbf{v}/\partial t + (\mathbf{v} \cdot \nabla)\mathbf{v}[/latex], 其中既包括某点的局部加速度,也包括质点以不同速度移动到新位置时产生的对流加速度。

UNESCO Nomenclature: 2209
- 流体动力学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 牛顿力学
  • 变分法
  • 刚体运动学
  • 欧拉早期的流体运动研究

应用程序

  • 计算流体动力学 (CFD) 求解器通常使用欧拉网格
  • 固体力学和有限元分析通常使用拉格朗日描述
  • 天气预报模型使用欧拉框架来描述固定位置的大气特性
  • 粒子追踪测速法(PTV)是一种拉格朗日测量技术

专利:

NA

潜在创新理念

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相关内容: 拉格朗日、优勒日、流场、材料导数、参照系、流体力学、固体力学、运动学。

历史背景

拉格朗日和欧拉规范(流体)

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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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