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    簡介 NS方程,全稱:納維葉-斯托克斯(Navier-Stokes)方程 ,2000年5月24日,美國克萊數學研究所的科學顧問委員會把NS方程列為七個“千禧難題”(又稱世界七大數學難題)之一,這七道問題被研究所認為是“重要的經典問題,經許多年仍未解決。”克雷數學研究所的董事會決定建立七百萬美元的大獎基金,每個“千年大獎問題”的解決都可獲得百萬美元的獎勵。另外六個“千年大獎問題”分別是: NP完全問題, 霍奇猜想(Hodge),黎曼假設(Riemann),楊-米爾斯理論(Yang-Mills),龐加萊猜想和BSD猜想(Birch and Swinnerton-Dyer)。   

    1.NS方程的存在性與光滑性   起伏的波浪跟隨著我們的正在湖中蜿蜒穿梭的小船,湍急的氣流跟隨著我們的現代噴氣式飛機的飛行。數學家和物理學家深信,無論是微風還是湍流,都可以透過理解NS方程的解,來對它們進行解釋和預言。雖然這些方程是19世紀寫下的,我們對它們的理解仍然極少。挑戰在於對數學理論作出實質性的進展,使我們能解開隱藏在NS方程中的奧秘。   

    2.深度描述   描述粘性不可壓縮流體動量守恆的運動方程。簡稱N-S方程。因1821年由C.-L.-M.-H.納維和1845年由G.G.斯托克斯分別匯出而得名。在直角座標系中,其向量形式為=-Ñp+ρF+μΔv,式中ρ為流體密度,p為壓強,u(u,v,w)為速度向量,F(X,Y,Z)為作用於單位質量流體的徹體力,Ñ為哈密頓運算元 ,Δ為拉普拉斯運算元。後人在此基礎上又匯出適用於可壓縮流體的N-S方程。N-S方程反映了粘性流體(又稱真實流體)流動的基本力學規律,在流體力學中有十分重要的意義。它是一個非線性偏微分方程,求解非常困難和複雜,目前只有在某些十分簡單的流動問題上能求得精確解;但在有些情況下,可以簡化方程而得到近似解。例如當雷諾數Re1時,繞流物體邊界層外 ,粘性力遠小於慣性力 ,方程中粘性項可以忽略,N-S方程簡化為理想流動中的尤拉方程(=-Ñp+ρF);而在邊界層內,N-S方程又可簡化為邊界層方程,等等。在計算機問世和迅速發展以後,N-S方程的數值求解才有了很大的發展。   在解釋納維-斯托克斯方程的細節之前,首先,必須對流體作幾個假設。第一個是流體是連續的。這強調它不包含形成內部的空隙,例如,溶解的氣體的氣泡,而且它不包含霧狀粒子的聚合。另一個必要的假設是所有涉及到的場,全部是可微的,例如壓強,速度,密度,溫度,等等。該方程從質量,動量,和能量的守恆的基本原理匯出。對此,有時必須考慮一個有限的任意體積,稱為控制體積,在其上這些原理很容易應用。該有限體積記為Omega,而其表面記為partialOmega。該控制體積可以在空間中固定,也可能隨著流體運動。

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