无旋运动
大气科学中涡度为零的流体运动
无旋运动是大气科学流体力学势流理想流体、正压且外力有势的条件下,流动呈现无旋特性,典型应用包括水库泄水、波浪运动及均匀来流绕物体流动(边界层外)。理论层面,开尔文最小能量定理表明单连域边界条件下无旋运动具有最小动能特性。
定义与数学表征
物理特性
无旋运动与势流具有等价性,其速度场可通过势函数梯度唯一确定。根据开尔文定理,当流体无粘性、正压且外力有势时,初始无旋的流动将始终保持无旋。在单连通域边界条件下,无旋运动具有最小动能特性,即相较于其他满足相同边界条件的流动形式,其动能达到极小值。
应用场景
数值计算方法
无旋运动的速度场求解主要基于以下数值方法:
平面势流理论
平面无旋运动可引入流函数势函数复势复平面。通过复变函数理论,可解析求解圆柱绕流翼型绕流等经典问题。
压强场求解
根据伯努利方程(拉格朗日积分),无旋流动中压强分布可通过速度场直接计算:$$$$其中$ ho$为流体密度,(t)$为时间相关常数。这一特性简化了流体动力载荷的工程计算。
参考资料
势流.水利应用门户.2020-04-09
最新修订时间:2025-10-24 14:04
目录
概述
定义与数学表征
物理特性
参考资料