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二维不可压缩navier-stokes-landau-lifshitz方程组的整体强解Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组是用来描述二维不可压缩流体运动的普遍方程。
它是对流体在动力、热力、物质等多种物理效应作用下进行多尺度模拟的有效工具，是研究复杂流体问题的关键。
1.Naviar-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的基本形式Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的基本形式包含了方程的结构定义、空间变量、时间变量和输入变量，组成如下：（1）流场方程：对密度，速度和压力的描述；（2）能量方程：描述传热过程；（3）物质守恒方程：将粒子的变量连同流量和能量一起涵盖；（4）边界条件：将流体运动于受定义空间或介质内，并约束方程组的解。
2. Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的解Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的整体强解是对流体运动过程的完整描述，它包括流体的结构、动力学、热力学等理论模型。
该方程组可以使用多种空间和时间分解技术解决，比如：（1）特征定积分分解技术：特征定积分计算方法，通过积分可以得到流体的历史数据，从而求出解；（2）Galerkin有限元分解技术：通过Galerkin有限元分解方法可以得到很小的解，这也是一种将初值和边界条件一起求解的方法；（3）局部分解技术：通过局部分解计算方法可以得到相对准确的解，这是计算复杂性处理较低的一种解法；（4）关联循环求解器：通过关联循环求解器就可以得到Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的解，同时也可以求解空间多尺度的复杂流体问题。
3. Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的应用Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组的本质就是对二维不可压缩流体运动过程作出数学描述，应用适用于众多流体科学领域，主要包括：（1）宇宙飞行器：在设计宇宙飞行器时，舱壁的低速、高压、非定常流体流动一直是设计中重要的一环；（2）津浦发电厂：津浦发电厂是典型的斜坡发电厂，通过模拟流体在津浦斜坡水轮发电机间的流动，可以有效提升发电效率；（3）空心叶轮压气机：空心叶轮压气机的设计要求考虑到流体的动力学特性，流场方程则可以作为压气机设计的主要辅助工具；（4）船舶航行模拟：船舶在水域的航行特别是汽轮船的航行模拟，都可以使用Navier-Stokes-Landau-Lifshitz方程组进行研究。
具有minkowski型分形边界的二维波动方程分形是一种具有自相似性的几何形状，其边界具有非整数维度的特点。
Minkowski型分形是一种特殊的分形，其边界具有连续的曲率。
在物理学中，波动方程是描述波动现象的重要方程之一。
本文将探讨具有Minkowski型分形边界的二维波动方程。
首先，我们来回顾一下二维波动方程的一般形式：∂²u/∂t² = c²(∂²u/∂x² + ∂²u/∂y²)其中，u是波函数，t是时间，x和y是空间坐标，c是波速。
现在考虑一个具有Minkowski型分形边界的二维区域。
我们可以将该区域划分为许多小区域，每个小区域都具有与整体相似的形状。
假设每个小区域的边界长度为L，那么整个区域的边界长度可以表示为N×L，其中N是小区域的数量。
在这个具有Minkowski型分形边界的区域中，波函数u满足以下边界条件：u(x,y) = 0, 当(x,y)在边界上时这意味着波函数在边界上必须为零，即波不能穿过边界。
为了求解这个具有Minkowski型分形边界的二维波动方程，我们可以采用分离变量法。
假设波函数可以表示为u(x,y,t) = X(x)Y(y)T(t)，将其代入波动方程中，可以得到以下三个方程：∂²X/∂x² + k²X = 0∂²Y/∂y² + k²Y = 0∂²T/∂t² + c²k²T = 0其中，k是一个常数。
解这三个方程可以得到波函数的形式。
由于边界条件的限制，我们需要选择满足边界条件的解。
在具有Minkowski型分形边界的情况下，边界的形状是连续变化的，因此我们需要考虑边界的分形特性。
具体来说，我们可以使用分形几何的方法来描述边界的形状。
通过计算边界的分形维度，我们可以得到边界的特征参数。
然后，我们可以将这些参数代入波函数的解中，得到满足边界条件的波函数。
二维定常不可压缩N-S 方程无量纲分析一、引言计算流体力学的控制方程通常认为是N-S（Navier-Strokes）方程组，包含了能量方程、动量方程、连续性方程等方程组的总称。
当考虑流体的黏性时，作用在流体质点上的力除了质量力、法向应力（垂直于作用面的压力）外，还有与作用面相切的切向力，N-S 方程建立了流体微团的动量变化率与作用在微团上的惯性力，压力以及粘性剪切力之间的关系，反映了黏性流体运动的基本规律，对计算流体力学有着十分重要的意义。
本文旨在对二维定常不可压缩N-S 方程进行无量纲化，方便简化计算和分析相似实验。
量纲分析就是对有量纲的物理方程进行参数的组合，实现参数和方程的无量纲化，将方程无量纲化有以下几点好处：（1）方程形式可以得到简化并且可能减少方程个数，进而提高实际计算速度；（2）通过无量纲化尽可能的减少方程中的常数运算，将这些常数转化为某个特征参数，这样可以降低计算难度；（3）防止方程中的物理参数在数量级上造成差异，从而降低精度损失；（4）将方程中的物理量无量纲化后容易实现计算中的相似模拟。
流体力学中的相似通常可以分为几何相似、运动相似和动力相似。
流动相似的概念来源于几何相似的概念，两个流动如果相似，例如模型流动与实际流动相似，则其流场中相应点上各同类物理量将具有各自固定的比例关系，也即可将模型实验的成果应用于实际流动中。
相似原理指出，两个流动若相似必满足一定条件，即满足几何相似、运动相似、动力相似，这些条件还应包括边界条件和初始条件相似。
根据相似原理，两个流动现象只要同时满足上面的相似条件，它们之间就存在相似关系，其对应物理量都成一定的比例关系。
在应用中，首先需要分析所要研究的流体，找出影响流动问题的作用力，我们只需要满足一个主要作用力相似，而不必计较其它作用力是否达到相似。
例如对于一些流动现象，只要流动的雷诺数不是很大，一般其相似条件都依赖于雷诺数。
雷诺数是用来判断流体流动特性的无量量，共有18个应力分量X 轴的运动微分方程：(2.1)最后导出沿x 轴的(2.2) (2.3)(2.4)纲量，对于封闭环境内的流动， 当雷诺数小于 2300时的流动为层流， 能用N-S方程表示；当雷诺数大于4000时的流动为湍流，不能用 N-S 方程表示。
二维不可压缩定常流动(平板)边界层方程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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201020446(2) 北京师范大学学报(自然科学版)Journal of Beijing Normal University (Natural Science ) 139 格子Boltzmann 方法模拟二维轴对称狭窄血管内的脉动流3张立换 康秀英 吉驭嫔(北京师范大学物理学系,100875,北京)摘要 将格子Boltzmann 方法应用到二维轴对称余弦狭窄血管模型,模拟比较加入脉动后流场速度、压强和剪切应力分布,并详细分析了不同狭窄模型、Reynolds 数和Womersley 数对血液流动规律的影响,从而为研究血管壁病变和动脉硬化形成机制提供了有用的理论参考.关键词 格子Boltzmann 方法;Reynolds 数;Womersley 数;脉动流;动脉狭窄3北京师范大学青年科学基金资助项目通信作者收稿日期:2009205219 格子Boltzmann 方法(lattice Boltzmann met hod ,简称LBM )是20世纪80年代迅速发展起来的一种新的流体动力学数值模拟方法[122].与以宏观连续方程的离散化为基础的传统数值方法不同,LBM 从微观层次出发,采用统计物理方法得出流体的宏观特性,而且在可操作性方面,它计算方便,编程易于实现,边界易于处理等优点已经得到广泛地证实.由于心血管疾病多集中于具有复杂几何形状和具有复杂流动特性的区域,流动区域和剪切应力的分布对理解、诊断和治疗这种疾病有很重要的作用.近年来,LBM 在血液动力学方面的应用越来越受到重视[326].本文的主要工作是用格子Boltzmann 方法模拟二维轴对称狭窄血管内脉动流的流动特性.首先对狭窄血管内定常流特性进行了研究,模拟比较不同狭窄模型和不同Reynolds 数对管壁切应力、压强和压力梯度分布的影响.然后对二维轴对称狭窄血管内脉动流的流动特性进行了研究,模拟比较在改变Reynolds 数、Womersley 数时动脉血流的流动特性,找到动脉血流的非定常性对狭窄血管中流场速度、压强和剪切应力分布的影响,从而对常见的心血管疾病发展机制给出物理解释,为进一步分析动脉粥样硬化的形成、发展及其影响提供新的研究方法和理论参考.1 二维轴对称狭窄血管内定常流特性的研究111 管壁几何模型 假定血管的狭窄处为轴对称,如图1所示,狭窄形状采用常用的余弦形状,即y =h2[1+co sπL(x -x 0)],(1)图1 二维轴对称余弦狭窄模型 其中h 是狭窄的最大高度,对应于x =x 0处,L 是狭窄总长度的一半,L x 是血管段的长度,L y 是狭窄发生前的血管宽度.112 数值计算 模拟中,计算网格选为N x ×N y =300×40,狭窄中心处为x 0=121,通过调整h 和L 来控制血管狭窄程度.血管出入口采用压强边界条件[7],管壁边界采用Mei 改进的曲线边界条件[8].为了研究不同狭窄情况下管壁的切应力、压强和压强梯度的变化规律,我们选择3个不同的狭窄模型,如表1.表1 不同的狭窄模型狭窄模型M1M2M3狭窄高度h L y /8L y /4L y /4狭窄长度2L16h 8h 16h 在保证Reynolds 数(Re =ρUL y μ=UL yν,ν=μ/ρ为流体运动学黏滞系数,U 为入口附近的平均速度)一定时,计算得3种模型管壁切应力、压强和压强梯度见 140 北京师范大学学报(自然科学版)第46卷 图2～4.Re =114,狭窄中心x 0=121.图2 3种狭窄模型下管壁切应力分布 从图2中可以看出,管壁切应力振荡的负峰值在靠近狭窄中心(x 0=121)的上游,这个峰值达到一定值后,该部位血管内皮组织易发生机械应力损伤.当狭窄长度一定时,狭窄高度越大,切应力的负峰值越大,如图2中的M1和M2;当狭窄高度一定时,狭窄长度越短,切应力的负峰值越大,如图2中的M2和M3.同时也可以看出在狭窄处的下游切应力变小,特别是M2,血液容易在此处发生流体分离.模拟得到狭窄区域的压强和压强梯度分布如图3和4所示.在相同狭窄长度下,狭窄高度越大,血管狭窄上游压强下降越大,下游压强上升越大,同时狭窄区域前后的压强落差越大,如图3中的M1和M2.另一方面,在相同狭窄高度下,狭窄长度越长,血管狭窄上游压强下降越大,同时狭窄区域前后的压强落差越大,如图3中的M2和M3.压强梯度在狭窄区域波动加图3 管壁上压强分布(Re =114),p 0是狭窄发生前的压强,u 0是x =20处的中心流速 图4 管壁上的压强梯度分布(Re =114) 剧,压强梯度波动最大的是狭窄模型M2(图4),其对应的切应力负峰值也为最大值,狭窄部位管壁切应力与压强梯度的变化规律具有相似性.选择模型M2,比较管壁切应力和狭窄附近的流场分布随Re 的变化规律,如图5和6.从图5中可以看出,狭窄模型一定时,随着Re 的增加,管壁切应力增大,在狭窄区域的下游,切应力的增加相对减小,这是由于出现了流体分离,如图6的流场分布.图6显示了模型M2在不同Re 下狭窄附近的流场分布,可以看出,随着Re 的增大,在狭窄下游管壁处出现流动分离区,且Re 越大,流动分离区越大.113 分析与结论 通过改变参数,我们获得了大量有关狭窄血管中的流场的信息.模拟结果表明,血管局部图5 管壁切应力随Reynolds 数的变化曲线(狭窄模型M2) 第2期张立换等:格子Boltzmann方法模拟二维轴对称狭窄血管内的脉动流141图6 不同Re下的流场分布(M2,Re=114、215、318)狭窄会对血液的流动状态产生明显的影响,从而带来一系列的生理和病理方面的复杂变化.例如,动脉硬化斑块主要发生在几何形状急剧变化和高Re流动状态的血管内.在动脉硬化斑块发展的初期,血管狭窄度比较小,对于黏度是常数的血液流体,其Re比较小,无流动分离,管壁切应力可能达到临界应力值,对狭窄上游血管壁内皮细胞造成损伤,使壁面进一步异常增生,导致血管狭窄度增加,进而导致此处流动Re的增加.当血管狭窄增大到一定值时,在狭窄下游管壁附近就会有流动分离区形成,在该区域内血液会发生滞留,血液中的血小板和纤维蛋白就会沉积,并在血管壁处形成网络结构致使血液中的脂质颗粒沉积,而最终导致动脉粥样硬化现象的出现.同时,狭窄度较大时,对应的压力梯度的值也会较大,也可以反映病变血管的异常血液流动情况.2 二维轴对称狭窄血管内脉动流的流动特性选择模型M2为研究对象,模拟中选取周期T=10000,流动的Womersley数(α=L y2ων,ω=2πf=2π/T是脉动的角频率)为α=31357,入口压强随时间周期性变化,即p(0,t)=Δp cosωt+p out,Δp为一常量,出口压强pout设为定值,图7显示一个周期8个不同时刻的脉动流管道中心中轴线上的压强分布.从图7中可以看出,中轴线上的压强不是线性变化,在靠近狭窄部位压强下降幅度明显增加,在最大狭窄处附近压强出现极小值,狭窄下游压强又逐渐回升,远离狭窄后,压强变化逐渐恢复类直管变化趋势,并且压强随时间的波动存在一定的滞后,如图中1/8T和7/8T,2/8T和6/8T以及3/8T和5/8T不完全重合.狭窄中心x0=121,狭窄长度为78.图7 iT/8时刻中轴线上的压强分布 142 北京师范大学学报(自然科学版)第46卷 脉动流前半周期的流场分布如图8所示.从图中可以看出,在T/4时刻,在狭窄下游管壁附近开始出现流动分离区,且分离区逐渐扩大,如3T/8时刻,接着又缓慢消失,如T/2时刻,流体平滑地流过凸包.图8 脉动流在前半周期内不同时刻的流场分布 需要注意的是心脏的周期性泵血作用使动脉中的血液以脉动的形式流动,动脉中血液流动的参量———压强、流量等流动参数也会随时间变化,虽然动脉中血液的流动是脉动流而不是定常流,但动脉中血流的方向平均来说却是始终不变的,即总是从动脉流向毛细血管,再流向静脉.因此,可以把由心脏收缩和舒张所引起的动脉中的脉动流看作是一定常流分量与一振荡分量的叠加,即在图8所示的流场分布中叠加上一个定常流,最终倒流的出现时间将非常短暂,且流速很小.对应于一个周期中的不同时刻,我们发现,管壁切应力的随时间的波动也存在一定的滞后.如图9给出前半周期的切应力分布.3 结束语我们讨论了二维余弦狭窄血管中血液流动的切应力、流场速度、压强和压强梯度在不同狭窄模型和不同图9 前半周期内管壁切应力的变化曲线Re下的分布规律,所得结论与用其他实验,理论和数值模拟得到的结论相同[9211],但用LBM方法编程简单,参数易于选择,从分布函数就可以得到所有主要宏 第2期张立换等:格子Boltzmann方法模拟二维轴对称狭窄血管内的脉动流143观量,证实了LBM在此模型下的适用性.考虑到血液流动的脉动性,研究了一个脉动周期中流场的变化特点,并与定常流动比较,分析其差异.由于Womersley数的选择在血流参数范围内,故认为上述结论具有参考性.值得注意的是,流动分离区并不同于定常流动所述那样在管壁处停留,而是随着时间的演化,流动分离区间歇性的出现,如对α=710797的流场分布模拟显示,与α=31357的不同点是流动分离区在管壁附近产生后,随着时间的推移,又会向管轴附近发展.与定常流情况下在Re达到300后才出现明显的分离区不同,对于脉动流,在Re较小时,就已经可以观察到明显的流动分离区了.4 参考文献[1] Qian Y H,d’Humieres D,lallemand ttice B GKmodels for Navier2Stokes equation[J].Europhys Lett, 1992,17:479[2] Chen H,Chen S,Matthaeus W H.Recovery of theNavier2Stokes using a lattice2gas Boltzmann method[J].Phys Rev A,1992,45:R5339[3] Artoli A M,Kandhai D,Hoef sloot H ttice B GKsimulations of flow in a symmetric bif urcation[J].FutureG eneration Computer Systems,2004,20:909[4] Boyd J,Buick J,Cosgrove J A,et al.Application of thelattice Boltzmann model to simulated stenosis growth in a two2dimensional carotid artery[J].Phys Med Biol,2005, 50:4783[5] Li H B,Fang H P,Lin Z ttice Boltzmannsimulation on particle suspensions in a two2dimensional symmetric stenotic artery[J].Phys Rev E,2004,69: 031919[6] 康秀英,刘大禾,周静,等.用格子Boltzmann方法模拟动脉分叉流场[J].北京师范大学学报:自然科学版,2005, 41(4):364[7] Z ou Q,He X.On pressure amd velocity boundaryconditions for the lattice Boltzmann B GK model[J].Phys Fluids,1997,9(6):1591[8] Mei R,L uo L S,L uo Shyy W.An accurate curvedboundary treatment in the lattice Boltzmann method[J].J Comput Phys,1999,155:307[9] 姚力,李大治.刚性轴对称狭窄血管内压强及其梯度的研究[J].应用数学和力学,2006,27(3):311[10] 刘国涛,王先菊,艾保全,等.狭窄动脉血管中Poiseuille流动对管壁切应力的影响[J].中山大学学报:自然科学版,2004,4(6):29[11] 秦杰,刘辉,孙利众,等.刚性狭窄管内血流压力分布的研究[J].生物力学,1989,4(6);57SIMU LATING B LOOD FLOW IN A TWO2DIMENSIONALSYMMETRIC STENOTIC ARTER Y BYTHE LATTICE BOL TZMANN METH ODZHAN G Lihuan KAN G Xiuying J I Yupin(Depart ment of Physics,Beijing Normal University,100875,Beijing,China)Abstract In t his st udy t he lattice Boltzmann met hod has been applied to a two2dimensional symmet ric stenotic artery.The velocity,p ressure and shear st ress distribution of blood flow were simulated and compared when p ulsatio n over t he blood was added.We have observed t he impact of blood flow when changing t he steno sis struct ure,Reynolds number and Womersley number.These data provide a p hysical explanation for blood vessel lesions and arterio sclero sis.K ey w ords lattice Boltzmann met hod;Reynolds number;Womersley number;p ulsating blood;steno sed artery。
以下是不可压缩navier-stokes方程的具体描述和数学表达方式：
不可压缩Navier-Stokes方程是描述不可压缩流体运动的方程。
它是由法国数学家Navier和Stokes在19世纪初期研究流体运动时提出的。
不可压缩Navier-Stokes方程包含了流体运动的连续性方程和动量方程。
连续性方程描述了流体的质量守恒，即流体在任意时刻体积不变。
动量方程则描述了流体的动量守恒，即流体的加速度与施加于它的力成正比。
不可压缩Navier-Stokes方程的数学表达式如下：
连续性方程：
$$\nabla \cdot \boldsymbol{v} = 0$$
动量方程：
$$\rho \frac{\partial \boldsymbol{v}}{\partial t} + \rho (\boldsymbol{v} \cdot \nabla)\boldsymbol{v} = -\nabla p + \mu \nabla^2 \boldsymbol{v} + \boldsymbol{f}$$
其中，$\boldsymbol{v}$是流体速度矢量，$\rho$是流体密度，$p$是压力，$\mu$是粘度系数，$\boldsymbol{f}$是外力源矢量。
不可压缩Navier-Stokes方程的求解非常困难，因为它包含了非线性项和高阶微分方程。
目前，只有一些特殊情况下的解析解可用，而大多数情况下需要使用数值方法进行求解。
.二维定常不可压缩N-S方程无量纲分析一、引言计算流体力学的控制方程通常认为是N-S(Navier-Strokes)方程组，包含了能量方程、动量方程、连续性方程等方程组的总称。
当考虑流体的黏性时，作用在流体质点上的力除了质量力、法向应力（垂直于作用面的压力）外，还有与作用面相切的切向力，N-S方程建立了流体微团的动量变化率与作用在微团上的惯性力，压力以及粘性剪切力之间的关系，反映了黏性流体运动的基本规律，对计算流体力学有着十分重要的意义。
本文旨在对二维定常不可压缩N-S方程进行无量纲化，方便简化计算和分析相似实验。
量纲分析就是对有量纲的物理方程进行参数的组合，实现参数和方程的无量纲化，将方程无量纲化有以下几点好处：（1）方程形式可以得到简化并且可能减少方程个数，进而提高实际计算速度；（2）通过无量纲化尽可能的减少方程中的常数运算，将这些常数转化为某个特征参数，这样可以降低计算难度；（3）防止方程中的物理参数在数量级上造成差异，从而降低精度损失；（4）将方程中的物理量无量纲化后容易实现计算中的相似模拟。
流体力学中的相似通常可以分为几何相似、运动相似和动力相似。
流动相似的概念来源于几何相似的概念，两个流动如果相似，例如模型流动与实际流动相似，则其流场中相应点上各同类物理量将具有各自固定的比例关系，也即可将模型实验的成果应用于实际流动中。
相似原理指出，两个流动若相似必满足一定条件，即满足几何相似、运动相似、动力相似，这些条件还应包括边界条件和初始条件相似。
根据相似原理，两个流动现象只要同时满足上面的相似条件，它们之间就存在相似关系，其对应物理量都成一定的比例关系。
在应用中，首先需要分析所要研究的流体，找出影响流动问题的作用力，我们只需要满足一个主要作用力相似，而不必计较其它作用力是否达到相似。
例如对于一些流动现象，只要流动的雷诺数不是很大，一般其相似条件都依赖于雷诺数。
雷诺数是用来判断流体流动特性的无量1 / 6.纲量，对于封闭环境内的流动，当雷诺数小于2300时的流动为层流，能用N-S 方程表示；当雷诺数大于4000时的流动为湍流，不能用N-S方程表示。
