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流線、徑線、煙線及時間線
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流線
(streamline)
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定義
- 某一瞬間,複數質點,速度向量的切線軌跡
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定理
- 二維流場
- 三維流場
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性質
- 流線不相交
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流線
- Eulerian描述法
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徑線煙線時間線
- Lagrangian描述法
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名詞
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流管
(streamtube)
- 已知
- 在一流場中
- 若
- 某一組流線形成一管路
- 則
- 稱為流管
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流絲
(stream filament)
- 若
- 流管的截面積很小
- 則
- 稱為流絲
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徑線
(pathline)
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定義
- 一段時間,單一質點,質點走過的曲線軌跡
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煙線
( streakline )
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定義
- 某一瞬間,複數質點,經過特點的連線軌跡
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時間線
(timeline)
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定義
- 某一瞬間,複數質點,在特定時間的連線軌跡
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其中
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對穩態流動(steady flow)而言
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因
- 流動不隨時間而變
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故
- 流場中之流線、徑線與煙三者將重合
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流體質點的加速度
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流體質點的加速度
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座標系
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直角
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速度場
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加速度分量
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隨值導數
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圓柱座標
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速度場
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加速度分量
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隨值導數
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球座標
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速度場
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加速度分量
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隨值導數
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觀念加強
- 對流加速度
(convective acceleration)
- 在彎管轉彎或管徑縮小處時
則會產生對流加速度
- 局部加速度
(local acceleration)
- 形成原因
- 流管在進出口
因流速隨時間變化
而產生局部加速度
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流體元素變形率與渦度
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流體元素變形
- 平移
- 轉動
- 剪應變
- 伸長變形
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衍伸
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流體元素不旋轉
- 無旋流動(irrotational flow )
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流體元素在運動中不產生膨脹變形
- 不可壓流動 ( incompressible flow )
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表示法
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移動率( rate of translation )
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位移量
- udt , vdt ,wdt
- 移動率=速度=u v w
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轉動率( rate of rotation )
角速度( angular velocity )
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渦度(vorticity)
- 物理意義
- 流體元素之角速度兩倍
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角變形
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角速度
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渦度&角速度關係
- 剪應變率( shear-strain rate )
角變形率( rate of angular deformation )
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伸長率 ( extensional strain rate )
線性變形率 ( rate of linear deformation )
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速度場散度( divergence)
- 不可壓縮流動 (incompressible flow)
- 體積膨脹率為零