科学普及

有旋流动模型介绍

  流场中流体质点有旋转的流动称为有旋流动,有旋流动在自然界是普遍存在的,如大气中的台风,绕物体流动的尾涡等等,都是一种有旋运动。亥姆霍兹对有旋流动作过大量研究并成为研究有旋流动的奠基人。

  表征有旋运动的物理量称为涡量,也即速度旋度,其大小是流体质点旋转角速度的两倍。涡量高度集聚的区域就是涡。

  速度环量与旋转角速度之间关系的斯托克斯定理:沿封闭曲线的速度环量等于该封闭周线内所有的旋转角速度的面积积分的二倍,称之为游涡强度。

  研究有旋运动主要就是研究涡的产生、运动、发展,以及涡与涡之间相互作用的。如果流体是斜压的或者作用于流体的力是非有势的,或者流体是有黏性的,那么在流体中就将产生涡,这说明了涡的普遍存在,飞机翼面附近的薄层流体(边界层)中由黏性产生的涡量,导致飞机产生了升力,有旋流动与大气、海洋中的很多现象也密切相关。大气、海水既是一种斜压流体,而且受到科氏力的作用(虽然很小,但对这种大尺度的运动影响很大)再加上大气、海水的黏性,使得在大气、海洋中产生大大小小各种尺度的涡旋。

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