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第七章理想不可压缩流体的势流和旋涡运动§7-1流体微团的运动分析§7-2速度环量与旋涡强度§7-3旋涡运动的基本概念§7-4不可压缩势流的基本求解方法§7-5基本的平面有势流动§7-6平面势流的叠加§7-7不可压缩流体基本轴对称势流及其叠加
第三部分二元流动一、速度分解§7-1 流体微团的运动分析第七章理想不可压缩流体的势流和旋涡运动()()Gxyzyzuuεxγzγyωzωy
()()Gyzxzxvvεyγxγzωxωz()()Gzxyxywwεzγyγxωyωx
7.1 流体微团的运动分析流体微团的旋转和变形
线变形率角变形率旋转角速度 y C D vD vC
D uD C B
uC
y A
v vB
A u B uB x
x
从xoy平面看速度分解xxvvvxxuuuBB ,yyvvvyyuuuDD ,yyvxxvvvyyuxxuuuCC ,
7.1 流体微团的运动分析 y C
D vD vC
D uD C B
uC
y A
v vB
A u B uB x
x
txxu
tyyv
xux
yvy
二、线变形率:单位长度在单位时间内的伸长量
线变形率7.1 流体微团的运动分析
流体的特征?7.1 流体微团的运动分析
三、角变形率
y C D vD vC
D uD C B
uC
y A
v vB
A u B uB x
x
tyyu
txxv
tyutgtxvtg
1. 角变形 y C D vD vC
D uD C B
uC
y A
v vB
A u B uB x
x
角变形率)(2121lim0yuxvttz
O’
O
2
OAO
2. 角变形率7.1 流体微团的运动分析tyutxv
四、旋转角速度
旋转角速度)(2121lim0yuxvttz
线变形率zwyvxuzyx
角变形率)(21)(21)(21yuxvxwzuzvywzyx旋转角速度
只有旋转角速度是矢量
7.1 流体微团的运动分析旋转角速度是矢量222|ω|zyxV21 ω
wv uzyx 2121 kjiVω)(21yuxvz平面流动只有一个旋转角速度分量
7.1 流体微团的运动分析在流场中每一点无旋流动有旋流动
五、有旋流动和无旋流动流体微团是否绕通过其自身的轴旋转?
0zyx
yuxv xwzu ,zvyw
,
7.1 流体微团的运动分析例.流体各个微团以u=ky,v=w=0的速度平行于x 轴作平行直线流动, 试确定流动是有旋还是无旋。
0)(21xwz
u
y
流线和迹线是直线,但流场内处处有旋。2)(21kyuxvz
0)(21zvy
w
x
解计算旋转角速度
例
题速度环量:速度矢量沿路径的积分(反映运动的趋势) §7-2 速度环量和旋涡强度
00
例.绕翼型表面的环量
第七章理想不可压缩流体的势流和旋涡运动LLvdyudx)(dsV
右手定则规定环量符号A
一、速度环量定义
二元流动: 面积A, 边界L二、旋涡强度定义AAndAyux
vdA)(2I
三、斯托克斯定理AnLdA2dsV斯托克斯定理的证明?
7.2 速度环量和旋涡强度例不压缩流体平面流动的速度分布为u=6 y,v=8x。求绕圆x2+y2=1 的环量。
积分路径在圆r =1上,用极坐标LLxdyydxvdyudx)86()(
解.由环量定义求
sin ,cosyx
2020)(sincos8)(cossin6dd
cos8sin6202202dd
例
题14|)2sin412(2|620207)(21yux
v
z
14222rdA
zAn
代入斯托克斯公式得
解法二: 利用斯托克斯定理由u=6y,v=8x 得AnLdA2dsV
例题
7.2 速度环量和旋涡强度解由r= r0 处速度连续,速度分布写为
0200 , ,rrrrvrrrv
涡核如刚体旋转
自由涡
例.已知龙卷风流场速度分布v= r,r 0
v= C/r,r r0
其中r0 、、C 为常数。判断流场是否有旋。
例题用斯托克斯公式判断流场是否有旋
自由涡0r
P涡核
0rv
求环绕一点的速度环量来判断是否有旋例
题
判断流场是否有旋rCv/
rv
7.2 速度环量和旋涡强度2211
rvrv
(1) 涡核区域:r r0 ,v=r
涡核是有旋流动若P 在中心, 求圆的环量DACDBCAB
)( 2122rr
ABCDA面积X 2
P
(2) 自由涡区域:r >r0,v= r02/r
DACDBCAB
0 11202220rrrrr
r
例题自由涡是无旋流动
7.2 速度环量和旋涡强度第七章理想不可压缩流体的势流和旋涡运动旋涡产生的原因? z 旋涡诱发的速度场?理想流体中的旋涡运动
§7-3 旋涡运动的基本概念定义涡量旋涡——大尺度流体团的强烈旋转运动
•从涡量场出发研究旋涡运动有时比直接解运动方程更方便;•有旋运动不一定表现为旋涡运动;问题:
一、涡线和涡管二、开尔文定理三、旋涡运动的生成
ωΩ2自然界和工程中的旋涡流动例:绕流圆柱体Re100
5一对稳定的对称旋涡
Re<5无尾涡
Re>40交替脱落的旋涡
周期性旋涡脱落(卡门涡街)
7.3 旋涡运动的基本概念 ds 涡线上各流体质点的涡量方向与该曲线相切
一、涡线和涡管7.3 旋涡运动的基本概念