电动力学基本方程组是:
▽·(εE) = ρ <1>
¶ (εE)/¶ t = ▽╳ H + g E <2>
¶ (m H)/¶ t = -▽╳ E <3>
▽·(m H) = 0 <4>
其中ρ是电荷密度,E是电场强度,H 是磁场强度,m 是磁导率, ε是电介常数,g 是电导率。下面让我们在连续介质力学领域里寻找和它相类似的方程.
由于电动力学方程组创始人Maxwell在建立他之初,就利用了流体力学的亥姆霍兹定律和法拉第的电力线理论,所以上面的方程1,2,4自然在流体力学方程组中有它的对应表达形式:
对Maxwell方程组的1)式来说,在连续介质力学的类似表达,可以用涡的散度为零来对应:
▽·W = 0 <5>
对Maxwell方程组的4式可以类比重力场的守恒法则得到
▽·F = α ρ <6>
其中F是加速度,α是和万有引力有关的系数,ρ是质量密度。
对Maxwell方程组的2式对应表达,,需要一个涡的变化也能产生力的旋度的表达形式,亥姆霍兹定律正是这样一个关系,对黏性流体可以通过考虑柯罗柯-兰姆形式的动量方程把亥姆霍兹定律写成更一般的形式,一般的牛顿流体动量方程为:
¶V/¶ t +(V·▽)V =F-1/ρ▽P+ 1/ρ▽(λ▽·V)+ 1/ρ(▽(2μ[ε])) <7>
其中V是速度矢量, F是引力,P是压力, ρ是密度(在电场里面已经用来表示电荷密度), μ和λ是粘性系数,和体粘性系数,ε表示应变率张量。
| ε11 ε12 ε13 |
[ε] = | ε21 ε22 ε23 | <8>
| ε31 ε32 ε33 |
利用V·▽V=▽(V·V/2)+ W ╳V把上方程可以改写成柯罗柯兰姆形式(Crocco-Lamb)如下: ¶V/¶ t +▽(V·V/2)+ W ╳V =F-1/ρ▽P+ 1/ρ▽(λ▽·V)+ 1/ρ(▽·(2μ[ε])) <9>
对上式两边取旋度得:
¶ W /¶ t + ▽╳(W ╳V) = ▽╳ F-▽╳(1/ρ▽P)
+ ▽╳{1/ρ▽(λ·▽V)}+ ▽╳{ 1/ρ▽·{2μ[ε]}}
亦即:
¶ W /¶ t = ▽╳ F +▽╳{-(W╳V)-1/ρ▽P+1/ρ▽(λ▽·V)+1/ρ▽·{2m [ε]} }
由于方程最右面的第一层括号里面实际是压力,离心力和粘性力之和,把它合起来称为F2。于是有:
¶ W /¶ t = ▽╳{F + F2} <10>
其中 F2=-(W ╳V)-1/ρ▽P+1/ρ▽(λ▽·V)+1/ρ▽·{2m [ε]}
对不可压流体,中间的这一项1/ρ▽(λ▽·V)为零.