欧拉运动方程及其积分详解
32页1、在流场中划出一块三边分别的为dx,dy,dz的微元矩形六面体。不计粘性力,表面力就没有切向力,仅有法向力(压力)一种,而彻体力是可以有的 。,欧拉运动微分方程组是在不计流体粘性前提下推导出来的,该方程实质上是微分形式的动量方程。,2.4 欧拉运动方程及其积分,2.4.1 欧拉运动方程,六面体体积:d=dxdydz 中心点坐标: x ,y ,z 中心点速度: vx ,vy ,vz 中心点加速度: 中心点压强:p 中心点密度: 中心点处沿三个方向的单位质量彻体力: fx , fy , fz,2.4.1 欧拉运动方程,x方向的表面力为:,x 方向的彻体力为:,牛顿定律:x方向合外力等于质量乘以x方向加速度,得,2.4.1 欧拉运动方程,两边同除以微元体积 dxdydz,令其趋于零,并代入加速度的表达,得,同理可以写出 y 和 z方向的表达:,这就是笛卡尔坐标系下理想流体的欧拉方程。,2.4.1 欧拉运动方程,欧拉方程规定了理想流的压强变化与速度变化和彻体力之间的关系。如果在欧拉运动方程中考虑粘性项,欧拉方程的向量形式为:,2.4.1 欧拉运动方程,向量形式,2.4.1 欧拉运动方程,理想流欧
2、拉方程还可以有另一种表达形式。把加速度的迁移部分改写一下,把迁移加速度部分改写一下:,式中 V 是合速,另两个迁移加速度也可以改为类似的式子:,得如下形式的理想流欧拉方程称为“格罗米柯兰姆方程”:,该形式好处是在方程中显示了旋转角速度,便于分析无旋流动。,2.4.1 欧拉运动方程,直匀流对机翼的绕流,例. 在海平面上,直匀流流过一个机翼,远前方直匀流的静压 pp101200牛/米2,流速=100米/秒。已知A,B,C三点的速度分别是VA=0,VB =150米/秒,VC=50米/秒,空气在海平面的=1.255千克/米3 。假设流动无旋,求A、B、C三点的压强。,2.4 欧拉运动方程,于是:,解: 流动无旋,伯努利常数全流场通用。由远前方条件得:,2.4 欧拉运动方程,2.5 环量与涡,2.5.1 环量与涡的概念,研究流动的问题,还有两个极重要的概念:环量和涡。 环量的定义:在流场中任取一条封闭曲线,速度沿该封闭曲线的线积分称为该封闭曲线的速度环量。速度环量的符号不仅决定于流场的速度方向,而且与封闭曲线的绕行方向有关,规定积分时逆时针绕行方向为正,即封闭曲线所包围的区域总在行进方向的左侧。
3、,如果把一个速度向量分成三个坐标轴方向的三个分量vx ,vy,vz ,把线段ds也分解成dx, dy, dz 三个方向:,沿曲线AB作速度的线积分 沿闭曲线速度的线积分,于是环量表达式为:,2.5.1 环量与涡的概念,如果流动是无旋的, 存在速度势函数, 那末上式中的 vx ,vy,vz都可以用的偏导数表达:,说明在无旋流动中,沿着任意一条封闭曲线的速度环量均等于零。但是对有旋流动,上述结论并不成立,绕任意一条封闭曲线的速度环量一般不等于零。,2.5.1 环量与涡的概念,旋转轴线都按右手定则确定。,涡量概念 是指流场中微团角速度之二倍,如平面问题中的2z , 称为涡量,涡量是个纯运动学的概念。 在三维流里,流体微团可以有三个方向的角速度 x ,y ,z ,三者合为一个合角速度是:, 2.5.1 环量与涡的概念,像流线一样,在同一瞬时,如在流场中有一条曲线,该线上每一点的涡轴线都与曲线相切,这条曲线叫涡线。涡线的微分方程是(给定时刻,t为参量):,给定瞬间,通过某一曲线(本身不是涡线)的所有涡线构成的曲面称为涡面。,由封闭涡面组成的管状涡面称为涡管。,2.5.2 涡线与涡管,在三维空间问
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