理论教育 水力学中的流网及性质

水力学中的流网及性质

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:流网具有如下两个性质。由式和式得:故图10.6.4即证明了当dφ=dψ时流网的网眼是曲边正方形。由式可求得两条流线间任意两个网眼上的流速之比,即当已知某个网眼的Δn1和速度u1,并由流网图中量得其他网眼的Δn,则由式就可以求得其他网眼的流速u,从而也就解决了平面势流场中的流速分布问题。

水力学中的流网及性质

图10.6.3所示为一流网,其中φ和ψ值按上节讲述的法则标定,即流速势函数φ的增值方向与流速u的方向相同;流函数ψ值的增值方向与流速u逆时针旋转90°的方向相同,此法则称为儒可夫斯基法则。这样,只要知道流速u的方向就可以确定出φ和ψ的增值方向。

流网具有如下两个性质。

1.流线与等势线正交

在等势线上,下面的微分方程成立:

在流线上,下面的微分方程成立:

从而得等势线和流线的斜率分别为:

图10.6.3

现在,作等势线和流线斜率的乘积,并利用柯西—黎曼条件,得:

由解析几何可知,等势线与流线正交。

2.当dφ=dψ时,流网的网眼将成曲边正方形

如图10.6.4所示,在平面势流场中任取一点p,过p点画出一条等势线φ和一条流线ψ,并画出它们相邻的等势线φ+dφ和流线ψ+dψ,形成一个网眼。令两条相邻等势线之间的距离为d s,两条相邻流线之间的距离为d n。

由式(10.6.4)和式(10.6.11)得:

(www.daowen.com)

图10.6.4

即证明了当dφ=dψ时流网的网眼是曲边正方形。需要说明的是:这里所说的正方形与几何上的正方形并不完全相同,只要网眼的对角线互相垂直且相等就可以认为网眼是曲边正方形。

实际上,在平面势流的流场中,不可能绘制无限多的等势线和流线,因此式(10.6.19)应改写成差分形式,即

又由此式和式(10.6.11)得:

即每两条流线间通过的流量相等。这样,应用起来就非常方便。

由式(10.6.21)可求得两条流线间任意两个网眼上的流速之比,即

当已知某个网眼的Δn1和速度u1,并由流网图中量得其他网眼的Δn,则由式(10.6.22)就可以求得其他网眼的流速u,从而也就解决了平面势流场中的流速分布问题。

如果平面势流中某点(网眼中点)的位置z1压强p1和流速u1已知,则根据欧拉能量方程就可以求得流场中任意一点的压强为:

这样平面势流中的压强分布也就求出来了。

从上述可知:如果能画出一个较为准确的流网,就相当于解一个欧拉运动微分方程组(包括连续方程),或者解一个拉普拉斯方程。由于在一般条件下用解析法解偏微分方程在数学上存在一定困难,因此工程中许多解析法难以解决的问题常可借助流网法解决。

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