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渦漩流抑制
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微量的高分子物質溶入水中,可抑制渦漩流;例如在水中加入poly(ethylene oxide)7.5ppm或是加入polyacry lamide 3ppm即可達到渦漩流抑制的效果。有一個簡單的實驗用以觀察渦漩流抑制的效果:將水注滿水槽內,攪拌使其旋轉流動,然後移開水槽下方中心的塞子,使水排出;當水排空的瞬間,有一空氣心層(air core)及響聲伴隨發生,即有渦漩流產生。如溶入微量的高分子物質於水中,則可抑制渦漩流,當水排空時,並無空氣心層及響聲發生。
高分子物質溶於水中,能有渦漩流抑制的作用,經許多研究報告,認為是高分子溶液有正向應力,流體作切線旋轉流動時,其主要正向應力差... |
渦漩束、渦漩絲
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當流場中連續的流體元素發生旋轉時,這些旋轉流體的轉動軸稱為渦漩束。渦漩束在任一位置的截面即為二維平面中的渦漩。
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渦漩追蹤技術
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在流動可視化(flow visualization)實驗中,必須利用各種方法使流場中的渦漩可以很明顯的被看到,以便記錄其形態、位置及隨時間的軌跡變化。這種技巧即為渦漩追蹤技術。常用的方法包括:
1.染料法:將染料放入流體(通常為液體)中,使渦漩形狀顯現。 2.煙霧法:原理與染料法相同,但用在氣體中。 3.質點法:將重量很輕的金屬粒子放入流體中,再利用光源(如雷射)照射,使渦漩顯現。 |
渦漩片模式
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即利用渦漩片(vortex sheet)的方式描述流場之意。而所謂的渦漩片可由圖的不連續的速度分佈說明之。甲速度分佈與乙速度分佈為兩個同向、平行但大小不一樣之速度場,當兩者平行接觸時,會在接觸面產生渦列,渦列之厚度與兩者之速度差有關,速度差愈大者其厚度亦愈大;反之,當速度差趨近於零(速度梯度不為零)時,其厚度可視為一薄片,唯因速度梯度不為零,渦漩仍存在,故以渦漩片稱之。以之描述流體粒子的運動情形者即稱為渦漩片模式。一個常見的例子是邊界層的現象可以用幾個渦漩片的交互作用模擬之。
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線渦漩
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流體相對應於一直線或曲線做圍繞流動,流動的流速反比於與此直線的垂直距離,所以在此直線上將有無限大的漩渦。此流場中的直線或曲線即稱為線渦漩,其流動為非旋轉渦漩流(參見irrotational flow)的一種。
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渦漩力
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當流體受到渦漩的作用時,位於不同位置的流體其速度會產生不同的變化。如圖,均勻入流U∞在經過一頓時針旋轉的渦漩後,上方的流速增加,下方的流速減低。由於這種速度變化,將使流體產生一個向上的力量,此力即為渦漩力。
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渦漩層
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一個佈滿著渦漩的薄層區域稱為渦漩層。由於這些渦漩所在的薄層通常可以無限薄的渦面來近似,因此通常以渦漩的面分佈強度來替代各個渦漩的分佈強度。此外,渦漩層也可看成是由無限個渦漩絲(vortex filament)所組成的。
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渦漩強度
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渦漩(vortex)是指流體的質點繞著一個共同主軸做旋轉的流體運動。渦漩強度的大小以渦漩速度對包圍此渦漩的封閉曲線,做線積分所得的值做量測:
Γ=∮V‧dℓ 例如一個二維自由渦漩(free vortex)的Γ=2πrvθ,vθ代表切向速度;r代表離渦漩中心的距離;Γ的大小代表渦漩強度的大小。由此可知在固定r值時,如果渦漩強度愈大則切向速度愈大。 |
渦漩理論
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渦漩簡言之即是流體質點繞著一個共同中心運動的流場結構,而渦漩理論是以渦漩的運動及其對鄰近流體粒子所衍生的速度場來描述流體的運動。以台灣夏天常見的颱風為例,如有兩個颱風,即兩個颱風會互相造成彼此的影響而繞成一個較大的風力圈,這主要是兩個颱風旋轉方向相同之故,此即是渦度與循環(circulation)之原理;沿著任一個面形的邊界就切向流速做線積分所得的循環必等於沿著此面形內部所有各個元面邊的循環之總和,因內邊上積分皆相消,祗剩下外循環。若旋轉方向相反,則情況殊異,這類的分析即是渦漩理論的一部分。
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渦漩片
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指有強烈渦漩度的流體薄層。(1)流體速度有切向間斷的曲面,如一層流體相對於另一層流體滑動時產生的速度間斷面;這種間斷面可當作由渦流絲組成的面,稱為渦流片。(2)在運動流體中描繪的曲面,在某一瞬時,位於此曲面上流體元素的轉動角速度與此曲面相切。
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