有旋運動:
流體微團在旋轉加速度作用下帶漩渦的一種運動。
漩渦運動的基本概念
渦量用來描述流體微團的旋轉運動。
定義:渦量和兩倍的旋轉角速度。
渦量是一個矢量,表示空間點的座標和時間上的函數。
渦線:某一瞬時渦量場的一條曲線,曲線上任意一點的切線方向與該點流體微團的旋轉角速度方向一致。
渦管:某一瞬時,在渦量場中取任意封閉曲線,通過曲線每一點做渦線,這些渦線構成的封閉的管形曲面叫渦管。
漩渦強度,也稱渦通量:在微元渦管中,兩倍旋轉角速度與渦管斷面面積的乘積稱爲微元渦管的渦通量(漩渦強度)。
速度環量:在流場的某封閉周線上,流體速度矢量沿周線的線積分,定義爲速度環量。
斯托克斯Stokes定理:在渦量場中,沿任意封閉周線的速度環量等於通過該周線所包圍曲面面積的漩渦強度,即:
漩渦強度的空間特性和時間特性
漩渦強度的空間特性:由矢量公式,知道渦量的散度爲0:
因此,通過任一封閉曲面的渦通量爲0:
漩渦強度的時間特性:沿任一封閉物質線的速度環量在運動過程中恆定不變(Kelivin定理)。
渦量的動力學方程
這就是體積力有勢、流體正壓、理想流體的渦量動力學方程,也稱爲Helmholtz方程。
散度場和渦量場
對於一個靜止的流體,要運動起來,要麼流場中存在源/匯(散度不爲0),要麼流場中存在旋渦(渦量不爲0),因此源匯和漩渦是誘導流體流動的兩個因素。從數學角度:如果流場中存在速度場和渦量場就可以確定流體的運動速度場V。