空气动力学课件:理想不可压缩流体平面位流
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流体力学——理想不可压缩流体的平面势流内容¾基本方程组,初始条件及边界条件¾速度势函数及无旋运动的性质¾平面流动及其流函¾不可压缩流体平面无旋流动的复变函数表示¾基本的平面有势流动¾有势流动叠加P=Pa , Pa为大气压强。
在直角坐标系中有一个线性的二阶偏微分方程(拉普拉斯方程线性方程的一个优点是解的可叠加性对于定常流:则由伯努利方程得到理想不可压缩无旋流的基本方程为:边界条件静止固壁上自由面上:P = Pa 无穷远处:速度势函数及无旋运动的性质在无旋流中有若已知函数,则可求出若已知速度矢量V,则可由积分求出势函数上式中为任意常数,因此的值相对于不同的Mo点可以差一个,为某一常数,但并不影响流动的实质,因为当求流动的特征量ui, P时,常数的差别便消失不见了,所谓的结果完全一样φ涉及到单值和多值问题在单连通区域 与积分路线无关,而只与起点M0及终点M的位置 有关。
因而势函数为单值函数。
在多连通区域 , 是封闭曲线L绕某一点的圈数, 称为环量 势函数 为多值函数。
速度势函数及无旋运动的性质(已作介绍)内容 ¾ 基本方程组,初始条件及边界条件 ¾ 速度势函数及无旋运动的性质¾ ¾平面流动及其流函数 不可压缩流体平面无旋流动的复变函数表示 基本的平面有势流动 有势流动叠加¾ ¾平面流动及其流函数 平面问题是指 流动在平面内进行,即 u z = 0 ; 垂直平面的垂线上个物理量相 等即适用范围 无限长柱体,它的一个方向的尺寸比其它两个方向的尺寸大得 多,在长方向的速度分量很小,其它物理量的变化也很小。
如:低速机翼表面的压力分布问题的理论计算等,无限长的柱 体平板的绕流等研究平面无旋运动,在平面运动中,涡旋矢量Ω的三个分量为只有 而无旋,可推出存在着速度势函数 使得:速度势函数的性质我们已经讨论过了流函数的意义 如果能够找到某一函数Ψ,满足流动的可能判据 —— 连续性 方程,则称这一函数Ψ为流函数 在平面运动时,不可压缩流体的连续性方程为:若有一函数Ψ(x,y,t)并令 则连续性方程为称为流函数知道了流函数 •若与流速ux ,uy 之间的关系之后 求出流速场已知,可由• 若 ux ,uy 已知,可用积分速度势与流函数 平面流动垂直与z轴的每个平面流动 都相同,称平面流动速度势函数 速度势函数存在的条件∂w ∂v − = 0 ∂y ∂z ∂u ∂w − = 0 ∂z ∂x ∂v ∂u − = 0 ∂x ∂y此条件称 柯西—黎曼条件由高数知识可知,柯西—黎曼条件是使udx + vdy + wdz全微分的充要条件,即成为某一个函数ϕ(x ,y ,z ,t )d ϕ = udx + vdy + wdz而当 t 为参变量, ϕ(x ,y ,z ) 的全微分为∂ϕ ∂ϕ ∂ϕ dϕ = dx + dy + dz ∂x ∂y ∂z比较两式有∂ϕ u = ∂x ∂ϕ v = ∂y ∂ϕ w = ∂z∂ϕ 柱坐标 V r = ∂r 1 ∂ϕ Vθ = r ∂θ ∂ϕ Vz = ∂z把ϕ(x ,y ,z ) 称为速度势函数简称势函数无论流体是否可压缩,是否定常流只要满足无旋条件 ,总有 势函数存在。