涡量
流体速度矢量的旋度
涡量是描写旋涡运动最重要的物理量之一,定义为流体速度矢量的旋度,涡量的单位是秒分之一(s-1)。涡旋通常用涡量来量度其强度和方向。在流体中,只要有“涡量源”,就会产生尺度大小不一的涡旋。
物理意义
为了阐明涡量的物理意义,在M点邻域内取一与Ω垂直的无限小圆,其半径为a(图1)。
写出联系速度环量和涡通量的斯托克斯公式,式中L和S分别是小圆的周界和面积。
忽略高阶小量并定义平均切向速度:
则可得由此可见,M点涡量的大小是流体微团绕该点旋转的平均角速度的两倍,方向与微团的瞬时转动轴线重合。
一般说来,涡量是矢径r和时间t的函数。即Ω=Ω(r,t),它组成一矢量场,称为涡量场。容易验证涡量场满足关系式▽·Ω=▽·(▽×v)=0,所以涡量场是无源管式场。若在整个流动区域中Ω=0,
则称此流体运动为无旋运动,否则称为有旋运动。
对粘性系数等于常数的可压缩粘性流体,涡量满足下列方程:
式中F、ρ、p和v分别为外力、流体的密度、压力和运动粘性系数。Ω/2的物理意义是单位转动惯量上的动量矩。式(1)表明,影响动量矩发生变化的因素有:①外力;②压力梯度;③粘性应力;④流体的压缩或膨胀;⑤涡线的拉伸、压缩和扭曲。若流体是理想、正压(见正压流体)的,且外力有势,则方程(1)变为亥姆霍兹方程:
在不可压缩流体中,若涡量场Ω给定时,则速度场可由下式求出:
式中t为时间; ζ ,ξ ,η表为变动点的直角坐标
参考文献
1.词条作者:吴望一 .《中国大百科全书》74卷(第一版)力学词条:流体力学 :中国大百科全书出版社 ,1987 :496页
参考资料
最新修订时间:2024-06-24 19:06
目录
概述
物理意义
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