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涡量

发布时间:2023-09-15 15:07:03

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。

涡量物理意义

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)。

涡量

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:

涡量

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

涡量

(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

涡量参考文献

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

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