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本文来源:网络 发布时间:2016-07-19
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[导读]世界七大数学难题,它们就像一道道亮丽的风景,吸引着世界各国的数学家的注意。世界七大数学难题分别是:NP完全问题、霍奇猜想、庞加莱猜想...

世界七大数学难题,它们就像一道道亮丽的风景,吸引着世界各国的数学家的注意。世界七大数学难题分别是:NP完全问题、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼假设、杨·米尔斯理论、纳卫尔-斯托可方程、BSD猜想,这七个问题都被悬赏一百万美元。今天我们来介绍一下纳卫尔-斯托可方程。

世界七大数学难题:纳卫尔-斯托可方程的存在性与光滑性

纳卫尔-斯托可方程

纳卫尔-斯托可方程

 1、纳卫尔-斯托可方程的意义

它们是最有用的一组方程之一,因为它们描述了大量对学术和经济有用的现象的物理过程。它们可以用于建模天气,洋流,管道中的水流,星系中恒星的运动,翼型周围的气流。它们也可以用于飞行器和车辆的设计,血液循环的研究,电站的设计,污染效应的分析,等等。

方程建立了流体的粒子动量的改变率(加速度)和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力(类似于摩擦力)以及重力之间的关系。这些粘滞力产生于分子的相互作用,能告诉我们液体有多粘。这样,纳维-斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡,这在流体力学中有十分重要的意义。

2、纳卫尔-斯托可方程的奥秘

起伏的波浪跟随着我们的正在湖中蜿蜒穿梭的小船,湍急的气流跟随着我们的现代喷气式飞机的飞行。数学家和物理学家深信,无论是微风还是湍流,都可以通过理解纳维叶-斯托克斯方程的解,来对它们进行解释和预言。虽然这些方程是19世纪写下的,我们对它们的理解仍然极少。挑战在于对数学理论作出实质性的进展,使我们能解开隐藏在纳维叶-斯托克斯方程中的奥秘。

3、纳卫尔-斯托可方程的描述

纳维-斯托克斯方程依赖微分方程来描述流体的运动。这些方程,和代数方程不同,

不寻求建立所研究的变量(譬如速度和压力)的关系,而是建立这些量的变化率或通量之间的关系。用数学术语来讲,这些变化率对应于变量的导数。这样,最简单情况的0粘滞度的理想流体的纳维-斯托克斯方程表明加速度(速度的导数,或者说变化率)是和内部压力的导数成正比的。这表示对于给定的物理问题的纳维-斯托克斯方程的解必须用微积分的帮助才能取得。实用上,只有最简单的情况才能用这种方法解答,而它们的确切答案是已知的。这些情况通常设计稳定态(流场不随时间变化)的非湍流,其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小(小的雷诺数)。

对于更复杂的情形,例如厄尔尼诺这样的全球性气象系统或机翼的升力,纳维?斯托克斯方程的解必须借助计算机。这本身是一个科学领域,称为计算流体力学。虽然湍流是日常经验中就可以遇到的,但这类问题极难求解。一个$1,000,000的大奖由克雷数学学院于2000年5月设立,奖给对于能够帮助理解这一现象的数学理论作出实质性进展的任何人。

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