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散度(Divergence)和旋度(Curl)

2024-06-13 16:04| 来源: 网络整理| 查看: 265

 散度(Divergence)

散度的讨论应从向量和向量场说起。向量是数学中研究多维计算的基本概念。比如,速度可以分解为相互独立的分量,则速度就是一个多维的向量。假如空间中的每一个位置都有一个向量属性的话,这个空间就叫做向量场。比如,游泳池里的水的速度就是一个向量场。

散度就是作用在向量场上的算子。它把向量场映射到标量场。其中某点的标量代表该点的向量是“流入”的,还是“流出”的。

比如在游泳池中考虑一个封闭的正方体区域,在该区域的六个表面中,要么有液体流出,要么有液体流入。设流出为正,流入为负,把六个面的流量相加,如果为正,则代表该区域有正的散度。反之则是负的散度。这就是散度界定中“通量”的概念。

现在如果取一个任意的封闭曲面,则它的通量为曲面表面的向量场在曲面法向量上的分量的积分。假如该封闭曲面的体积无限小,则极限是曲面内某一点,这个极限通量就是散度。从这个角度说,上文的“流入”(散度小于零)表示了通量的湮灭,而“流出”(散度大于零)表示了该区域有新的通量产生。

就如之前的流体文中提到的,由于水流不会凭空产生或消失,即不可压缩流体的总散度必为零。在流体力学中,散度指流体运动时单位体积的改变率。

散度的数学表示法

在笛卡尔坐标系Oxyz中,若向量场为(P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z)) 则对以上三个分量分别对x, y, z求偏导数,然后把三个结果相加。



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