空气动力学基础23 环量与涡量.ppt
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环量与涡首先给出一些在自然界和工程中常见的涡现象龙卷风海洋表面的旋涡点燃火柴产生的涡翼尖涡三角翼的前缘涡2.5.1环量与涡的概念研究流动的问题,还有两面个极重要的概念,一个叫环量,一个叫做涡。
环量的定义在流场中任取一条封闭曲线,速度沿该封闭曲线的线积分称为该封闭曲线的速度环量。
像力做功的计算方法一样,也形象地速度绕封闭曲线的速度功。
速度环量的符号不仅决定于流场的速度方向,而且与封闭曲线的绕行方向有关,规定积分时逆时正,即封闭曲线所包围的区域总在行进方向的左侧。
如果把一个速度向量分成三个坐标轴方向的三个分量u,v,w,把线段ds也分解成dx,dy,dz三个方向的三个线段,有于是环量表达式为:如果流动是无旋的,存在位函数Φ,那末上式中的ux,vy,wz都可以用Φ的偏导数表达:说明在无旋流动中,沿着任意一条封闭曲线的速度环量均等于零。
但是对于有旋流动,上述结论并不成立。
绕任意一条封闭量一般等于零。
涡量概念是指流场中任何一点微团角速度之二倍,如平面问题中的2ωz,称为涡量,涡量是个纯运动学的概念。
在有旋流动中的速年Thomson首先引进的。
在三维流里,流体微团可以有三个方向的角速度ωx,ωy,ωz,三者合为一个合角速度是:旋转轴线都按右手定则确定。
合角速度是个向量,它的三个方向余弦是ωx/ω,ωy/ω,ωz/ω。
像流线一样,在同一瞬时,如在流场中有一条曲线,该线上每一点的涡轴线都与曲线相切,这条曲线叫涡线。
涡线的微分方刻,t为参量)。
给定瞬间,通过某一曲线(本身不是涡线)的所有涡线构成的曲面称为涡面。
由封闭的涡面组成的管状涡面称为涡管。
涡线是截面积趋于零的涡管。
涡线和涡管的强度都定义为绕涡线或涡管的一条封涡量在一个截面上的面积分称为涡通量(涡强),在平面问题中,涡通量就是:。
在三维空间问题中,涡通量就是:,式中的S是任意形状空间曲面,dS的为曲面的微元面积2.5.2环量与涡量的关系在有旋流动中,速度环量与涡量是否存在联系,如果存在关系如何。