纳维尔-斯托克斯方程,让人类不断突破新高,如今仍然是世界难题( 三 )



也许最大的困难是在不影响空气流动的情况下精确测量空气的流动 。 如果在风洞里放一个仪器来测量气压 , 那么仪器本身就会干扰气流 。 CFD最大的优势是可以在不影响流体的情况下进行测量计算 。 现代制造工艺通常在设计阶段就使用计算机模型 。
风洞模型在超音速飞机方面的研究尤其困难 , 因为需要非常大的风速 。 在这样的速度下 , 空气离开飞机的速度不能和飞机在空气中的速度一样快 , 这就导致了冲击波的产生 , 在地面上可以听到音爆 。 计算流体力学(CFD)被广泛应用于超音速飞机的气流预测 。
CFD的方法被医学研究人员广泛用于了解人体的血液流动 。 数学分析人体血液流动非常困难 , 因为动脉壁是有弹性的 。 计算流体在刚性管中的运动已经很困难了 , 如果管子可以根据流体施加的压力改变它的形状 , 这就更难了 。

CFD是解决这类问题的理想方法 , 因为计算机每秒可以进行数十亿次计算 。
纳维尔-斯托克斯方程还有另一个应用:气候分析 。 气候和天气是相关的 , 但又是不同的 。 天气是指在给定的时间和地点发生的事情 。 众所周知 , 天气是不可预测的 , 不可预测的数学逻辑是混沌(这是另一个主题了) 。
【纳维尔-斯托克斯方程,让人类不断突破新高,如今仍然是世界难题】气候是天气的长期概念 , 降雨和温度在长期(也许是几十年)的平均情况下的表现 。 由于气候平均了这些差异 , 预测起来反而容易得多 , 但仍然很困难 。 气候对全球范围内的温度变化非常敏感 。 它们往往会使天气变得更加极端 , 干旱和洪水变得更加常见 。 气候的两个重要方面是大气和海洋 。 两者都是流体 , 都可以用纳维尔-斯托克斯方程来研究 。

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