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流體質點的微分型式
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流線函數&速度位勢
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流線函數Ψ
(stream function)
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適用
- 二維流場
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定義
- 已知
- 一流體做平面運動
- 且不可壓縮
- 若
- 定義一流函數Ψ(x,y)自動滿足"連續方程式"
- 則
- 稱之為流線函數
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性質
- 直
- 柱
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觀念釐清
- 流線函數不存在於三維流場,因為三維流場無法自動滿足連續方程式
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物理意義
- (1)
- 在二維流場中,沿著Ψ為常數(dΨ=0)之流動路線即為流線
- (2)
- 兩"流線函數"的差值即為兩流線間"單位深度"的"體積流率"
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速度位勢Φ
(velocity potential)
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適用
- 三維流場
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定義
- 已知
- Φ
- 為純量函數
- 若
- 流場為無旋流動
- 則
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延伸
- 若
- 流場為不可壓縮之無旋流
- 則
- 存在一純量函數Φ
- 滿足
- 其中
- 拉普拉斯運算子
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流線函數&
速度位勢關係
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1.
- 若
- 流場中存在Φ及Ψ
- 則
- 流場中任意點之兩函數必呈正交
- 形成網流(flow net)
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2.
- 流線可以假想成固定邊界,因為速度場與流線相切
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渦度方程式及環流
- 公式推導
- 渦度物理意義&應用
- 環場
(circulation)
- 凱文定理
(Kelvin's theorem)