理论教育 水力学-流速势函数-水力学

水力学-流速势函数-水力学

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:由10.2节可知,对于恒定平面无涡流动,ω=0,且存在着流速势函数φ。流速势函数具有以下性质。流速势函数值相等的点组成的线称为等势线。只要全流场的φ(x,y)值已知就可以由式求出流场中任一点的流速。

水力学-流速势函数-水力学

由10.2节可知,对于恒定平面无涡流动,ω=0,且存在着流速势函数φ。

流速势函数具有以下性质。

1.流速势函数φ在某一方向m 上的偏导数,就等于流速u在该方向上的投影

如果选定方向为直角坐标系的x、y轴方向,则有:

2.等势面或等势线与流线正交,等势面就是过水断面

流速势函数值相等的点组成的面称为等势面。流速势函数值相等的点组成的线称为等势线。

在等势面上:

在等势线上:

或者

如果将等势面上的微元线段d l(d x,d y,d z)和流速势u(xx,uy,uz)用向量表示为:(www.daowen.com)

作u和d l点积,则得:

由式(10.6.3)可知:在等势面上uxd x+uyd y+uzd z=0。它说明流线垂直于等势面,而流线又垂直于过水断面,所以等势面就是过水断面。对于平面问题就是流线垂直于等势线。

3.流速势函数沿流线s方向增大

由性质1得沿流线方向的流速为:

从而得:

沿流线方向的流速u>0,所以当d s>0时dφ>0,即说明φ值的增大方向与s方向相同。

4.流速势函数是调和函数

将平面势流中的ux= ∂φ/∂x,uy= ∂φ/∂y代入连续性方程中,得:

上式说明流速势函数φ满足拉普拉斯方程,在数学上称满足拉普拉斯方程的函数为调和函数,所以流速势函数φ 是调和函数。只要全流场的φ(x,y)值已知就可以由式(10.6.2)求出流场中任一点的流速。

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