The splitting of Navier–Stokes equations for a class of axisymmetric flows

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In the framework of the Navier–Stokes equations, unsteady axisymmetric flows of a homogeneous viscous incompressible fluid, in which the axial and circumferential velocities depend only on radius and time are considered, and the radial velocity is zero. It is shown that the velocity of such flows is the sum of the velocities of two flows of a viscous incompressible fluid: axial flow (radial and circumferential velocities are zero) and circumferential flow (radial and axial velocities are zero). Axial and circumferential movements occur independently, without exerting any mutual influence. This allows us to split the boundary value problems for the type of flows under consideration containing three unknown functions (pressure, circumferential and axial velocities) into two problems, each of which contains two unknown functions (pressure and one of the velocity components). In this case, the sum of pressures of the axial and circumferential flow will be the pressure of the initial flow. The discovered possibility of splitting allows using known solutions to replenish the “reserves” of axial and circumferential exact solutions. These solutions, in its turn, can be summed in various combinations and, as a result, give the velocities and pressures of new exact solutions of the Navier–Stokes equations.

About the authors

Grigory Borisovich Sizykh

Moscow Aviation Institute (State Technical University)

Email: o1o2o3@yandex.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor

References

  1. Drazin P. G., Riley N., The Navier–Stokes Equations: A Classification of Flows and Exact Solutions, London Mathematical Society Lecture Note Series, 334, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2006, x+196 pp.
  2. Пухначев В. В., "Симметрии в уравнениях Навье-Стокса", Успехи механики, 2006, № 6, 3-76
  3. Berker R., Sur quelques cas d'integration des equations du movement d'un fluide visqueux incompressible, Imprimerie A. Taffin-Lefort, Paris-Lille, 1936
  4. Nemenyi P. F., "Recent developments in inverse and semi-inverse methods in the mechanics of continua", Adv. Appl. Mech., 2 (1951), 123–151
  5. Власенко В. В., Волков А. В., Трошин А. И., "Выбор метода аппроксимации вязких членов в методе Галеркина с разрывными базисными функциями", Ученые записки ЦАГИ, 44:3 (2013), 18-38
  6. Голубкин В. Н., Марков В. В., Сизых Г. Б., "Интегральный инвариант уравнений движения вязкого газа", ПММ, 79:6 (2015), 808-816
  7. Vyshinsky V. V., Sizykh G. B., "Verification of the calculation of stationary subsonic flows and presentation of results", Intern. Conf. on 50 years of the development of grid-characteristic method. GCM50 2018, Smart Modeling for Engineering Systems, 133, 2019, 228-235
  8. Vyshinsky V. V., Sizykh G. B., "The verification of the calculation of stationary subsonic flows and the presentation of the results", Math. Models Comput. Simul., 11:1 (2019), 97-106
  9. Петров А. Г., "О точных и асимптотических решениях уравнений Навье-Стокса в слое жидкости между сближающимися и удаляющимися пластинами", Изв. РАН. МЖГ, 2014, № 2, 44-57
  10. Аристов С. Н., Князев Д. В., "Трeхмерное струйное течение вязкой жидкости с плоскими свободными границами", Изв. РАН. МЖГ, 2017, № 2, 50-53
  11. Коцур О. С., "О существовании локальных способов вычисления скорости переноса вихревых трубок с сохранением их интенсивности", Труды МФТИ, 11:1 (2019), 76-85
  12. Сизых Г. Б., "Винтовые вихревые линии в осесимметричных течениях вязкой несжимаемой жидкости", ПММ, 83:3 (2009), 370-376
  13. Kumar M., Kumar R., "On some new exact solutions of incompressible steady state Navier-Stokes equations", Meccanica, 49:2 (2014), 335-345
  14. Артышев С. Г., "Описание некоторых плоских вращающихся течений несжимаемой жидкости с помощью цилиндрических функций", ПММ, 79:2 (2015), 236-241
  15. Аристов С. Н., Просвиряков Е. Ю., "Нестационарные слоистые течения завихренной жидкости", Изв. РАН. МЖГ, 2016, № 2, 25-31
  16. Ковалев В. П., Просвиряков Е. Ю., Сизых Г. Б., "Получение примеров точных решений уравнений Навье-Стокса для винтовых течений методом суммирования скоростей", Труды МФТИ, 9:1 (2017), 71-88
  17. Weidman P. D., Mansur S., Ishak A., "Biorthogonal stretching and shearing of an impermeable surface in a uniformly rotating fluid system", Meccanica, 52:7 (2017), 1515-1525
  18. Верещагин В. П., Субботин Ю. Н., Черных Н. И., "К механике винтовых потоков в идеальной несжимаемой невязкой сплошной среде", Тр. ИММ УрО РАН, 18, № 4, 2012, 120-134
  19. Верещагин В. П., Субботин Ю. Н., Черных Н. И., "Некоторые решения уравнений движения для несжимаемой вязкой сплошной среды", Тр. ИММ УрО РАН, 19, № 4, 2013, 48-63
  20. Poiseuille J.-L.-M., Recherches experimentales sur le mouvement des liquides dans les tubes de très-petits diamètres, Imprimerie Royale, Paris, 1844
  21. Batchelor G. K., An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000, xviii+615 pp.
  22. Страхович К. И., Механика вязкой жидкости. I. Общая часть, ЛГУ, Л., 1940, 201 с.
  23. Szymanski P., "Quelques solutions exactes des equations d'hydrodynamique du fluide visqueux dans le cas d'un tube cylindrique", J. Math. Pures Appl., 11 (1932), 67-108

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2020 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».