理论教育 水力学:迹线与流线影响分析

水力学:迹线与流线影响分析

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3.1.2由流线的定义可以得出下面的流线作法。恒定流的流线与迹线重合,由图3.1.2可知,在恒定流时,A1点处的流体质点经过Δt时间以后到达A2点处时,而A2处的速度向量仍与t1时相同,因此A2处的流体质点仍沿u2运动到A3点,依此下去,流体质点的轨迹与流线重合。非恒定流时的流线与迹线如图3.1.3所示。图3.1.3图3.1.4另外,流线也是今后分析液体流动的基础。

水力学:迹线与流线影响分析

某液体质点在不同时刻所占据的空间点连线,也即某液体质点运动的轨迹线称为迹线。

在指定时刻,通过某一固定空间点在流场中画出一条瞬时曲线,在此曲线上各流体质点的流速向量都在该点与曲线相切,此曲线定义为流线。

图3.1.2

由流线的定义可以得出下面的流线作法。如图3.1.2所示,在指定的空间点A1处,设t1时的流速为u1,在u1上取Δs1微元线段得点A2;又t1时A2点处的流速为u2,在其上取Δs2得A3点;依此下去得A3,A4,…各点,连接各点则得一折线。当取Δsi(i=1,2,3,…)→0时,则此折线变成一条光滑曲线,此曲线就是在t1时刻通过流场中A1点的一条流线。流线具有如下特点。

(1)恒定流的流线的形状及位置不随时间而变化,因为流场中各点处的速度向量不随时间变化。

(2)恒定流的流线与迹线重合,由图3.1.2可知,在恒定流时,A1点处的流体质点经过Δt时间以后到达A2点处时,而A2处的速度向量仍与t1时相同,因此A2处的流体质点仍沿u2运动到A3点,依此下去,流体质点的轨迹与流线重合。但是,非恒定流时,流线与迹线不重合。在非恒定流时,当A1处的流体质点经过Δt时间以后到达A2点处时,A2处的速度向量与t1时刻不同了,因此,A2处的流体质点不能仍沿着t1时刻的u2运动到A3点,而是沿着新的u′2运动到新的A′3点,于是流线与迹线不重合。非恒定流时的流线与迹线如图3.1.3所示。

(3)一般情况下流线本身不能折曲,流线彼此不能相交。否则在折曲点和相交点处将有两个不同方向的速度向量,这是不符合流线定义的。

如果一个流场的流线已经画出,如图3.1.4所示,则由流线的形状和分布可以看出如下几点。(www.daowen.com)

(1)由流线上各点处切线的方向可以确定流速的方向。

(2)由流线的疏密可以了解流速的相对大小,密处流速大,疏处流速小。

(3)由流线弯曲的程度可以反映出边界对流动影响的大小,以及能量损失的类型和相对大小。

图3.1.3

图3.1.4

另外,流线也是今后分析液体流动的基础。

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