渦旋
編輯在流體動力學中,渦流(PL:vortices 或 vortexes)是流體中的一個區域,其中流體圍繞軸線旋轉,軸線可以是直的或彎曲的。 渦流在攪拌的流體中形成,可以在煙圈、船尾的漩渦以及熱帶氣旋、龍卷風或塵暴周圍的風中觀察到。
渦流是湍流的主要組成部分。 速度的分布、渦量(流速的旋度)以及環流的概念被用來表征渦流。 在大多數渦流中,流體流速在其軸附近xxx,并與距軸的距離成反比減小。
在沒有外力的情況下,流體內的粘性摩擦傾向于將流動組織成一組無旋渦流,可能疊加到更大規模的流動,包括更大規模的渦流。 一旦形成,漩渦就可以以復雜的方式移動、拉伸、扭曲和相互作用。 移動的渦流帶有一些角動量和線性動量、能量和質量。
屬性
編輯渦度
渦流動力學中的一個關鍵概念是渦量,它是一個矢量,描述了流體中某一點的局部旋轉運動,隨著觀察者的觀察而移動。 從概念上講,可以通過在相關點放置一個粗糙的小球,隨流體自由移動,并觀察它如何繞其中心旋轉來觀察渦度。 渦量矢量的方向定義為這個假想球的旋轉軸方向(根據右手法則),而其長度是球角速度的兩倍。
由渦度 ω → {\displaystyle {\vec {\omega }}} 測量的局部旋轉不得與流體的該部分相對于外部環境或任何固定軸的角速度矢量混淆 . 特別是在渦流中,ω → {\displaystyle {\vec {\omega }}} 可能與流體相對于渦流軸的平均角速度矢量相反。
潿旋類型
理論上,渦流中粒子的速度 u(以及因此產生的渦度)可能會以多種方式隨著距軸的距離 r 的變化而變化。 但是,有兩個重要的特殊情況:
- 如果流體像剛體一樣旋轉——也就是說,如果旋轉角速度 Ω 是均勻的,那么 u 與距軸的距離 r 成正比——流體攜帶的小球也會繞其中心旋轉 就好像它是那個剛體的一部分。 在這種流動中,渦量處處相同:其方向平行于旋轉軸,其大小等于流體繞旋轉中心均勻角速度Ω的兩倍。
- 如果粒子速度 u 與距軸的距離 r 成反比,則假想的測試球不會自轉; 它會保持相同的方向,同時繞渦旋軸做圓周運動。 在這種情況下,渦量 ω → {\displaystyle {\vec {\omega }}} 在不在該軸上的任何點處為零,并且流動被稱為無旋。
無旋渦
在沒有外力的情況下,渦流通常會相當快地演變為無旋流動模式,其中流速 u 與距離 r 成反比。 無旋渦旋也稱為自由渦旋。
對于無旋渦流,沿任何不包圍渦軸的封閉輪廓的環流為零; 并且對于任何包圍軸一次的輪廓都有一個固定值 。
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