拉格朗日(Lagrangian)描述
拉格朗日框架跟踪每一个确定的流体质点(标记为 a)随时间运动的完整历史。质点 a 在初始时刻的位置记为 ,当前时刻的位置为 。
核心思想:
“给每个流体微团贴上永久标签,跟着它一起走,记录它经历的所有变化”。
运动学关系:
关键优势:随同质点运动的时间导数就是普通的偏导数,无需对流项:
典型控制方程:
质量守恒(天然满足,或写成密度随物质导数变化)
动量方程(直接用物质加速度)
能量方程(内能或温度形式)
这些形式在光滑粒子流体动力学(SPH)、移动粒子半隐式法(MPS)、物质点法(MPM)等无网格拉格朗日方法中直接使用。
小结
- 欧拉框架:固定空间网格,方程含有显式对流项 → 适合固定边界问题,是传统 CFD 主流。
- 拉格朗日框架:随流体运动,时间导数无对流项 → 天然适应大变形、自由表面、多相界面追踪问题,是粒子类方法的理论基础。