斯托克斯公式流体力学（粘滞阻力的斯托克斯公式 F=6πηvr的出处及适用条件）

本文目录

• 粘滞阻力的斯托克斯公式 F=6πηvr的出处及适用条件
• 纳维-斯托克斯方程为什么被称为数学史最复杂的公式
• 斯托克氏定律
• 纳斯――斯托克斯方程是什么
• stokes公式
• 流体力学三大基本方程公式
• 斯托克斯定理的流体力学

粘滞阻力的斯托克斯公式 F=6πηvr的出处及适用条件

这是我查到的，《重力选矿》中的内容。供你参考。粘性阻力用斯托克斯公式： Rs =3πμdv （这个就是你的公式表达方式，d=2r带入。） 或 Rs =(3π/ Re) d^2ρv^2 式中 d——颗粒直径m； Rs——介质对矿粒的粘性阻力，N； μ——介质的动力粘度，或称粘度，Pa·s ； ν——矿粒的相对速度，m/s。 一般粉状物料（水泥、粘土粉、煤粉等）和雾滴在空气中沉降、或在气力输运，计算中，只考虑粘性阻力,故按斯托克斯公式计算。对于微细固体（d＜0.1mm）在水中沉降也可按上式计算。

纳维-斯托克斯方程为什么被称为数学史最复杂的公式

相比起黎曼猜想、费马大定理、哥德巴赫猜想等全球知名的难题，纳维-斯托克斯方程的存在感很低，即使在世界千禧年七大难题里，也很少会有人提及，最重要的原因就是，这个难题实在是不太好理解，尤其对于普通人而言，甚至名列榜首的P/NP问题普通人都可以揣摩到一些，但就是很难理解纳维—斯托克斯方程，这也是为什么民科很少触及这个问题的原因。

大家可以看看百度百科上对这个难题的描述：

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-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。

没头没尾，你甚至在这段话里都很难揣测出这个难题究竟描述的是什么问题，流露出一股玄学的问题，今天我们就来聊聊纳维-斯托克斯方程。

这个方程并不是一个人提出来的，1775年，著名数学家欧拉，对，没有错就是数学界四大天王欧拉，他如今又来掺和流体力学了，他在《流体运动的一般原理》一书中根据无粘性流体运动时流体所受的力和动量变化从而推导出了一组方程。

方程如下：(ax?D?+bxD+c）y=f(x）（只是其中一种形式，还有泛函极值条件的微分表达式等），这是属于无粘性流体动力学（理想流体力学）中最重要的基本方程，是指对无粘性流体微团应用牛顿第二定律得到的运动微分方程，它描述理想流体的运动规律。奠定了理想流体力学基础。

粘性流体是指粘性效应不可忽略的流体。自然界中的实际流体都是具有粘性，所以实际流体又称粘性流体，是指流体质点间可流层间因相对运动而产生摩擦力而反抗相对运动的性质。

1821年，著名工程师纳维推广了欧拉的流体运动方程，考虑了分子间的作用力，从而建立了流体平衡和运动的基本方程。方程中只含有一个粘性常数。

1845年斯托克斯从连续统的模型出发，改进了他的流体力学运动方程，得到有两个粘性常数的粘性流体运动方程的直角坐标分量形式，这就是后世所说的纳维-斯托克斯方程。

纳维-斯托克斯方程有很多种表达形式

解释纳维-斯托克斯方程的细节之前，首先，必须对流体作几个假设。第一个是流体是连续的。这强调它不包含形成内部的空隙，例如，溶解的气体气泡，而且它不包含雾状粒子的聚合。另一个必要的假设是所有涉及到的场，全部是可微的，例如压强P，速度v，密度ρ，温度Q等等。该方程从质量，动量守恒，和能量守恒的基本原理导出。

对此，有时必须考虑一个有限的任意体积，称为控制体积，在其上这些原理很容易应用。该有限体积记为ω，而其表面记为?ω。该控制体积可以在空间中固定，也可能随着流体运动。

可以说纳维-斯托克斯方程是众多科学家和工程师的推动下产生的，是一组描述像液体和空气这样的流体物质的方程。这些方程建立了流体的粒子动量的改变率（力）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）以及引力之间的关系。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。

在流体力学中，有很多方程，但很多方程都和纳维尔-斯托克斯方程有着联系，纳维-斯托克斯方程可以说描述了流体领域的大部分条件，当然了，该方程也有其适用范围，该方程只适用于牛顿流体。

什么是牛顿流体呢？简单说就是：任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。一般高黏度的流体是不满足这种关系的，说明牛顿流体和非牛顿流体有个简单的例子就是大家熟知的虹吸现象。在低黏度下，虹吸要进行下去，吸取口必须在页面以下，但非牛顿流体的高黏度流体下，吸取口哪怕高于液面，其虹吸依然能够进行，因为黏度太大了。

而对于工程应用来说，大部分情况还是处理牛顿流体，或者可以近似为牛顿流体。可以说，该方程在流体力学中起着基础性的作用，但也起着决定性的作用。

关于这组方程所涉及的难题就是，如何用数学理论阐明这组方程。对，甚至用数学理论阐明用于描述奇特黑洞的爱因斯坦场方程都会比阐述纳维-斯托克斯方程更简单一些。

所以有关纳维-斯托克斯方程其解的数学性质有关的数学问题被称为纳维-斯托克斯方程解的存在性与光滑性。

尽管纳维-斯托克斯方程可以描述空间中流体（液体或气体）的运动。纳维-斯托克斯方程式的解可以用到许多实际应用的领域中。比如可以运用到模拟天气，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。

不过目前对于纳维－斯托克斯方程式解的理论研究还是不足，尤其纳维－斯托克斯方程式的解常会包括紊流。

紊流又称湍流，是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片糖；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。（飞机最怕遇见湍流）

虽然紊流在科学及工程中非常的重要，但是紊流无序性、耗能性、 扩散性。至今仍是未解决的物理学问题之一。

另外，许多纳维－斯托克斯方程式解的基本性质也都尚未被证明。因为纳维-斯托克斯方程依赖微分方程来描述流体的运动。不同于代数方程，这些方程不寻求建立所研究的变量（譬如速度和压力）的关系，而寻求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。其中，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，至少要用微积分才可以求得其纳维-斯托克斯方程的解。实用上，也只有最简单的情况才能用这种方法获得已知解。这些情况通常涉及稳定态（流场不随时间变化）的非紊流，其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小（低雷诺数）。

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才能求得。这个科学领域称为计算流体力学。

例如数学家就尚未证明在三维座标，特定的初始条件下，纳维－斯托克斯方程式是否有符合光滑性的解。也尚未证明若这样的解存在时，其动能有其上下界。

而千禧年关于纳维－斯托克斯方程的问题则更为困难，它给出的问题是：在三维的空间及时间下，给定一起始的速度场，存在一向量的速度场及纯量的压强场，为纳维－斯托克斯方程式的解，其中速度场及压强场需满足光滑及全局定义的特性。

注意，世界千禧年七大数学问题中每个数学问题的官方陈述除了P/NP问题之外，都是由此领域或者在此问题上做出过成果的菲尔兹奖得主进行撰写，确保能够精炼概括出问题，从而保证问题的严谨性，而P/NP问题因为涉及到计算机方面，所以官方陈述是由图灵奖得主斯蒂芬·库克撰写，纳维-斯托克斯方程存在性与光滑性。查尔斯·费夫曼撰写的官方陈述

如果你没有办法理解，你可以简单理解成，科学家希望可以找出纳维－斯托克斯方程的通解，也就是说证明方程的解总是存在。换句话说，这组方程能否描述任何流体，在任何起始条件下，未来任一时间点的情况。

一组用数学理论阐明都困难的方程组，你还需要去证明这个方程的解总是存在。这让许多科学家为之崩溃。

目前来说，目前只有大约一百多个特解被解出来。而数学家让·勒雷在1934年时证明了所谓纳维-斯托克斯问题弱解的存在，此解在平均值上满足纳维-斯托克斯问题，但无法在每一点上满足。

而自此之后，关于纳维-斯托克斯问题的研究就停滞不前，所以它也被称为最难的数学或物理公式，直到 80 年以后，陶哲轩在纳维-斯托克斯问题上发表了文章《Finite time blowup for an averaged three-dimensional Navier-Stokes equation》，他的主要目的是将纳维－斯托克斯方程全局正则性问题的超临界状态屏障形式化。粗略地说，就是抽像地建立纳维－斯托克斯方程的全局正则性是不可能的。陶哲轩认为，相信抽象方法（基於能量等式的泛函分析方法比如半群等）和纯粹的调和分析应该是不够用的，可能必须要用到NS方程的特殊几何比如vorticity，这篇文章就是构造了一个类似于NS方程、但不是原先的NS方程的一个反例。

他说，想象一下假如有人异常聪明，纯粹用水创造了一台机器，它并不由杆和齿轮而是由相互作用的水流构成。陶边说着边像魔术师般用手在空中比划出一个形状。想象一下这台机器可以copy出另一个更小速度更快的自己，接着这个更小速度更快的又copy出另一个，不断继续下去，直到在一个微小的空间达到了无限的速度，从而引发了**。陶笑着说到他并不是提议真的创建这样一台机器，这只是一个思想实验，就像爱因斯坦导出狭义相对论。但是，陶解释到，如果可以从数学上证明在原则上没有什么可以阻止这个奇妙装置运转，那么这便意味着水实际上会**。而且在这个过程中，他也会解决纳维－斯托克斯方程的存在性与光滑性的问题。

无论怎么样来说，在不断解决纳维－斯托克斯方程的过程中，无数新的数学工具数学方法随之诞生，引领着数学不断前进发展。这就是这些难题猜想存在的意义。

斯托克氏定律

斯托克斯定律(Stokes Law，1845)是指与粘滞力相比，惯**可以忽略的情况下斯托克斯导出的阻力表达式。因为气溶胶粒子小、运动速度低，大部分气溶胶粒子的运动属于低雷诺数区，所以斯托克斯阻力定律广泛用于气溶胶研究。与牛顿阻力定律相对应，经常把斯托克斯阻力定律可以应用的区间称为“斯托克斯区”，把能应用斯托克斯定律得粒子称为“斯托克斯粒子”。斯托克斯定律对研究大气质点的沉降以及大气颗粒物（气溶胶）采样器的设计都是很有用的。 

　　该定律由乔治·斯托克(1819.08.13—1903.02.01)发现。 

　　斯托克斯定律是颗粒半径与颗粒在静水中自由沉降速率的关系式。 

　　斯托克斯公式是格林公式的推广。 

　　利用斯托克斯公式可计算曲线积分。 

　　球形物体在流体中运动所受到的阻力，等于该球形物体的半径、速度、流体的黏度与6π的乘积。这个定律叫做斯托克斯定律。如果物体在流体中因自身的重量而下落，根据下面公式，则为最终速度。斯托克斯定律：

纳斯――斯托克斯方程是什么

斯托克斯的主要贡献是对粘性流体运动规律的研究。C．－L．－M．－H．纳维从分子假设出发，将L．欧拉关于流体运动方程推广，1821年获得带有一个反映粘性的常数的运动方程。1845年斯托克斯从改用连续系统的力学模型和牛顿关于粘性流体的物理规律出发，在《论运动中流体的内摩擦理论和弹性体平衡和运动的理论》中给出粘性流体运动的基本方程组，其中含有两个常数，这组方程后称纳维-斯托克斯方程，它是流体力学中最基本的方程组。1851年，斯托克斯在《流体内摩擦对摆运动的影响》的研究报告中提出球体在粘性流体中作较慢运动时受到的阻力的计算公式，指明阻力与流速和粘滞系数成比例，这是关于阻力的斯托斯公式。斯托克斯发现流体表面波的非线性特征，其波速依赖于波幅，并首次用摄动方法处理了非线性波问题（1847）。

stokes公式

此方程定义了粒径与其布朗运动所致速度之间的关系D = kT/(3ηπd) D = 扩散系数，k = 波尔兹曼常数，T = 绝对温度，η= 粘度，d=流体力学直径

流体力学三大基本方程公式

流体力学三大方程如下；

一、流体力学之流体动力学三大方程

1、连续性方程——依据质量守恒定律推导得出；

2、能量方程（又称伯努利方程）——依据能量守恒定律推导得出；

3、动量方程——依据动量守恒定律（牛顿第二定律）推导得出的。

二、适用条件：

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体(包含气体，液体以及等离子态)现象以及相关力学行为的科学纳维-斯托克斯方程基于牛顿第二定律，表示流体运动与作用于流体上的力的相互关系。纳维-斯托克斯方程是非线性微分方程。

其中包含流体的运动速度，压强，密度，粘度，温度等变量，而这些都是空间位置和时间的函数。一般来说，对于一般的流体运动学问题，需要同时将纳维-斯托克斯方程结合质量守恒、能量守恒，热力学方程以及介质的材料性质。

一同求解。由于其复杂性，通常只有通过给定边界条件下，通过计算机数值计算的方式才可以求解。

流体力学介绍

流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。

流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。以上主要是从研究对象的角度来说明流体力学的内容和分支。

此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。

斯托克斯定理的流体力学

当封闭周线内有涡束时，则沿封闭周线的速度环量等于该封闭周线内所有涡束的涡通量之和，这就是斯托克斯定理。斯托克斯定理表明，沿封闭曲线L的速度环量等于穿过以该曲线为周界的任意曲面的涡通量。