• ベストアンサー

外力を考慮したナビエ・ストークスの式

粘性流体に重力以外の外力がかかった場合ナビエ・ストークスの式は どうなるんでしょうか? 例えば,溶融金属をガスによって吹き飛ばす場合どうなるんでしょうか?

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
回答No.2

No.1の訂正。 境界条件を与えますが、初期条件を与えて時間発展を追う問題のようですから、混合問題ということになるのかな。 それから少し補足。 ナビエ・ストークス方程式の中に、外からガスを当てる場合のような外力の変数がないので、計算のしようがないではないか、ということが言いたいのですね。 しかし、この場合、外から加えた力は重力のように直接流体の内部に力を及ぼしませんね。(重力を除けば)流体の内部では、そのまわりの流体から力を受けて運動するだけです。ですからナビエ・ストークス方程式はそのまま使えます。また、外からの力で、もちろん流体の内部の運動は影響を受けますが、それは、境界条件によって影響を受けたと考えればいいですね。

その他の回答 (1)

回答No.1

ナビエ・ストークス方程式を解くときに、(溶融金属のまわりの圧力、といった)境界条件を設定してやって、境界値問題を解けばいいのだと思います。 あげられた例は難しそうですね。何らかの簡単化されたモデルを使わないといけないでしょう。

関連するQ&A

  • ナビエ・ストークスについて(計算がしたいです)

    質問します。 今、ナビエ・ストークスの式で解を求めたいのですがどうしていいか分りません。色々と自分なりに調べてみたのですがいまいち分りませんでした。 私が調べたい事は、チューブの中に水を流した時の解を求めたいです。 ナビエ・トークスの解析解では、チューブに水を流すとチューブの中心の部分に近づいていけば除々に速度が上がっていくことはわかりました。 これを数字で表わしたいのですが、ナビエ・ストークスの式は ∂v/∂t+(v・∇)v=K-1/ρ∇p+μ/ρΔv v:速度 t:時間 K:外力 ρ:密度 p:圧力 μ:粘性係数 ですよね? そこで、速度、時間、密度、圧力、粘性係数はわかっています。 外力がなんであるかがよくわかりません。 後、外力以外は分かっているのですが上の式に数字を入れて計算するやりかたもよく分かりません。(ナブラなど) 分かる方、アドバイスなどよろしくお願いします。 もし、ナビエ・ストークスの簡単な例題などもあればよろしくお願いします。

  • ナビエストークスとストークス近似

    ストークス近似はナビエストークスの慣性力の項をなくしていると思いますが、物理的な意味が理解できません。慣性力がないつまり動いていない状態で、流体の力を受けるというのもいまいち理解できません。 簡単に教えてください

  • ナビエ・ストークスの方程式について

    ナビエ・ストークスの方程式はそれぞれ慣性項、体積力項、圧力項、粘性項によって成り立っていますが、それぞれはどうやって求めるのですか?慣性項の出し方、体積力項の出し方、圧力項の出し方、粘性項の出し方をそれぞれ教えていただきたいです。一生懸命勉強していますがよくわかりません。お願いします。

  • ナビエストークスの式を用いて・・

    流体力学に詳しい方に質問です。 平板間の流れをナビエ・ストークスの式を用いて dp/dx=μd^2u/dy^2 という2階の微分方程式を,境界条件 壁(y=-h or +h平板表面) で速度がゼロ,中心軸(y=0)で速度分布は対象なのでdu/dy=0 というのを使うと、uはどのようになりますか? 計算の過程も教えてください。お願いします

  • 流体に働く重力について

    現在、流体に働く力を考慮したプログラムを作っているのですが、重力加速度をどのように入れるかで悩んでいます。 ナビエ・ストークスの式に重力加速度の項を入れると、他に何も外力を加えなくても、重力によってz方向下向きにどんどん流体の速度が増加していってしまいます。 静止流体の場合、流体の速度は0として扱うことが多いですが、その場合、重力加速度はどのように扱っているのでしょうか? 何かと釣り合っていると考えるのでしょうか?

  • ナビエストークス方程式の研究がしたい

    こんにちは。 ある大学の物理学科の学部2年生です。 僕は大学に入学して半年ほどして流体力学に興味がわきました。 ですが、物理学科には流体力学を扱う講義も先生もいないので1年のときから独学で流体力学を勉強しはじめました。 そして、流体力学のナビエストークス方程式にものすごく心惹かれました。 解析解も見つかっておらずまだまだわからないことだらけのところが面白いなあと思いました。 ナビエストークス方程式やそのほかの流体の方程式のバーガーズ方程式などの研究をしたいと思い自分なりに色々調べてみました。 すると、この種の研究をするにはかなり高度な数学の知識も必要だということがわかってきました。 しかし、自分の大学には現在流体を専門に扱っている人もおらず、どのような分野の数学が必要なのかいまいち把握しきれていません。 物理学科としての数学以外にも必要な数学の知識を独学で勉強しようと思うのですが、 このような方程式の研究を行う際、どのような数学的知識が必要になるのでしょうか? 自分は現在のところ、いわゆる物理数学の内容しか理解していません。 数学科が扱う抽象性の高い数学はまだ勉強できていない状態です。 アドバイスお願いします。

  • 円柱座標系によるナビエストークス運動方程式

    円柱座標系においてナビエ・ストークスの方程式 を出そうと思うのですが、 r成分では、たとえば τθθ/r の項(粘性項)が出ません。 扇形の収支式から考えているのですが、応力によるτ がうまく本と一致しません。 いろいろな文献を見てみたのですが、 ほとんどが直交座標系によるもので書いてありません。  説明するのがやや難しいかもしれませんが、お願いします。

  • ナビエストークス方程式について

    こんばんは! 宿題で 『ナビエストークス方程式を3次元で各成分に展開せよ Du/Dt=-1/ρgradp+ν∇^2u』 という問題がでました。 手書きですが一応式を画像で貼っておきます。 同じような質問があって回答を見たのですが、私にはわかりませんでした。 できればわかりやすく回答よろしくお願いします!

  • ナビエ・ストークス運動方程式の適用範囲。

    ナビエ・ストークス運動方程式の適用限界について調べております。 ネット、参考書などいろいろ調べてみましたが、はっきりとした答えがわかりません。 気体の場合クヌッセン数で定義されているようですが、液体ではどうなのでしょうか。 (Kn=分子間距離/代表長さ ?) 代表寸法が数~数10マイクロメートルの場合で流体が液体(水)の場合、N-S方程式適用ギリギリセーフなのでしょうか? 以上、是非みなさまのお知恵をお借りしたいので、よろしくお願いします。

  • 反応を伴う連続式、Navier-Stokes式の解法

    私は数値解析における流体解析を専攻しています。 そこで、流体における反応を伴う連続式、Navier-Stokes式の数値解析法について教えてください。 通常流れの問題は、連続の式、Navier-Stokes式の両式を連立して解くものだと思うのですが、 連続の式及びNavier-Stokes式に反応項が含まれている場合、どのような方法で解けばいいのか分かりません。 参考になるものを紹介していただくだけでも結構です。よろしくお願いします。