Czy równanie doradcze o zmiennej prędkości może być zachowawcze?


13

Próbuję nieco lepiej zrozumieć równanie doradcze ze zmiennym współczynnikiem prędkości. W szczególności nie rozumiem, jak to równanie może być konserwatywne.

Równanie adwekcja ,

∂u∂t+∂∂x(vu)=0

Zinterpretujmy u(x,t) jako koncentrację niektórych gatunków fizycznych ( cm−3 ) lub innej wielkości fizycznej, której nie można stworzyć ani zniszczyć. Jeśli zintegrujemy u(x,t) z naszą domeną, powinniśmy uzyskać stałą wartość,

∫xminxmaxu(x,t)dx=constant

(Mam na myśli to, że jestem konserwatywny).

Jeśli teraz pozwolimy, by prędkość była funkcją przestrzeni (i czasu), v(x,t) , wówczas należy zastosować regułę łańcucha, aby dać,

∂u∂t+v∂u∂x+u∂v∂x⏟?=0

Ostatni termin „wygląda” jak termin źródłowy i to jest dla mnie mylące. Zwiększy lub zmniejszy wielkość u zależności od dywergencji pola prędkości.

Po tym pytaniu rozumiem, jak narzucić warunki ochrony. Jednak w przypadku równania doradzania zmiennej prędkości nie rozumiem, w jaki sposób można uzyskać warunki brzegowe ochrony z powodu dodatkowego „terminu źródłowego”, który wprowadza się przez zastosowanie reguły łańcucha. Czy to równanie może być konserwatywne? Jeśli tak, w jaki sposób można zastosować poprawne warunki brzegowe?

Odpowiedzi:


15

Podstawową ilością w transporcie jest strumień , celu uzyskania porady. Twierdzenie o dywergencji stwierdza, żevu

∫Ω∇⋅(vu)=∫∂Ω(vu)⋅n.

Równanie jest konserwatywne, gdy zachowuje tę równość. Przechodząc do 1D z i używając równania , mamyΩ=(a,b)ut+(vu)x=0

(∫abu)t=∫abut=−∫ab(vu)x=−vu|ab

gdzie termin po prawej jest tylko różnicą strumienia między lewą i prawą granicą.

Jeśli chodzi o twoje drugie spostrzeżenie, niekonsekwentna (nie dywergencyjna) forma wprowadza w błąd (i jest uzasadniona tylko dla płynnych rozwiązań). Produkt nie jest transportem zachowawczym, jeśli nie jest wolny od dywergencji (tzn. Jest stały w 1D). Powinieneś trzymać się konserwatywnej formy i powstrzymać się od potrzeby zastosowania reguły łańcucha podczas oceny właściwości konserwatorskich.v⋅∇uv


Dziękuję za naprawdę jasną odpowiedź, jeszcze raz, Jed! Myślę, że zadam dalsze pytanie, ale najpierw muszę spróbować wdrożyć twoją sugestię.
— boyfarrell
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.