流体力学から数値計算まで

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(∇・テンソル)

微分作用素とテンソルの内積は次式となります。

\[ \begin{aligned} [\nabla\cdot\vec{\tau}] &=\left[\sum_{i=0}^{3}\vec{\delta}_{i}\frac{\partial}{\partial x_i}\cdot\sum_{j=0}^{3}\sum_{k=0}^{3}\vec{\delta}_{j}\vec{\delta}_{k}\tau_{jk}\right]\\[6pt] &=\sum_{i=0}^{3}\sum_{j=0}^{3}\sum_{k=0}^{3}\left[\vec{\delta}_{i}\frac{\partial}{\partial x_i}\cdot\vec{\delta}_{j}\vec{\delta}_{k}\tau_{jk}\right]\\[6pt] &=\sum_{i=0}^{3}\sum_{j=0}^{3}\sum_{k=0}^{3}\left[(\vec{\delta}_{i}\cdot\vec{\delta}_{j})\vec{\delta}_{k}\right]\frac{\partial}{\partial x_i}\tau_{jk}\\[6pt] &=\sum_{i=0}^{3}\sum_{j=0}^{3}\sum_{k=0}^{3}\delta_{ij}\vec{\delta}_{k}\frac{\partial\tau_{jk}}{\partial x_i}\\[6pt] &=\sum_{j=0}^{3}\sum_{k=0}^{3}\vec{\delta}_{k}\frac{\partial\tau_{jk}}{\partial x_i}\qquad(i=j)\\[6pt] &=\sum_{k=0}^{3}\vec{\delta}_{k}\sum_{j=0}^{3}\frac{\partial\tau_{jk}}{\partial x_i}\\[6pt] &=\sum_{k=0}^{3}\vec{\delta}_{k}\left(\frac{\partial\tau_{xk}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yk}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zk}}{\partial z}\right)\\[6pt] &=\vec{\delta}_{x}\left(\frac{\partial\tau_{xx}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yx}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zx}}{\partial z}\right)\\[6pt] &\quad+\vec{\delta}_{y}\left(\frac{\partial\tau_{xy}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yy}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zy}}{\partial z}\right)\\[6pt] &\quad+\vec{\delta}_{z}\left(\frac{\partial\tau_{xz}}{\partial x}+\frac{\partial\tau_{yz}}{\partial y}+\frac{\partial\tau_{zz}}{\partial z}\right) \end{aligned} \]

上記の項のオーダーは、

(微分作用素・テンソル) = (1 - 2 + 2) = 1

と計算されるので、ベクトル量になります。また、下記が成り立ちます。

\[(\nabla\cdot\vec{\tau})\neq(\vec{\tau}\cdot\nabla)\]

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