科學普及

有旋流動模型介紹

  流場中流體質點有旋轉的流動稱為有旋流動,有旋流動在自然界是普遍存在的,如大氣中的台風,繞物體流動的尾渦等等,都是一種有旋運動。亥姆霍茲對有旋流動作過大量研究並成為研究有旋流動的奠基人。

  表征有旋運動的物理量稱為渦量,也即速度旋度,其大小是流體質點旋轉角速度的兩倍。渦量高度集聚的區域就是渦。

  速度環量與旋轉角速度之間關系的斯托克斯定理:沿封閉曲線的速度環量等於該封閉周線內所有的旋轉角速度的面積積分的二倍,稱之為遊渦強度。

  研究有旋運動主要就是研究渦的產生、運動、發展,以及渦與渦之間相互作用的。如果流體是斜壓的或者作用於流體的力是非有勢的,或者流體是有黏性的,那麼在流體中就將產生渦,這說明了渦的普遍存在,飛機翼面附近的薄層流體(邊界層)中由黏性產生的渦量,導致飛機產生了升力,有旋流動與大氣、海洋中的很多現象也密切相關。大氣、海水既是一種斜壓流體,而且受到科氏力的作用(雖然很小,但對這種大尺度的運動影響很大)再加上大氣、海水的黏性,使得在大氣、海洋中產生大大小小各種尺度的渦旋。

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