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渦流擴散係數
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為亂流中之漩渦混亂作用,對於流體中某種物理量,如動量、熱量、質量及漩度(vorticity)等,調混或者混合的係數。此係數一般稱做渦漩黏度(eddy viscosity),或視黏度(apparent viscosity)。其值視傳輸的動量、熱量、或質量而異。Boussinesq原假定此係數在空間為定值。嚴格來說,此一定值,必需在均勻性(homogeneous)的亂流中,才能成立。然而對於自由亂流,某些情形並非是均勻亂流,並且有明顯的流速變化,或言有單向之剪力存在,對於這些流場作概統的處理時,仍可假定有一個定值的渦流擴散係數。值得注意的是,並非在一般的情形中,此係數皆有定值,例如固體界附近之...
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(黏)旋性渦流
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在解析流體的運動時,可定義流場的渦度ω(vorticity)為ω=▽×V,其中▽×為微分運算子(curl);V為流場的速度。如流場的渦度ω為零,則流場為非(黏)旋性(irrotational)。
渦流(vortex)是流體運動的一種現象,如果汁機所造成果汁的旋轉運動現象現等,是受到黏性剪力之帶動。但是,如以上述所定義的渦度ω來看時,則有渦度不為零的渦流和渦度為零的渦流。如渦度不為零的渦流,在流體力學上的定義稱為旋性渦流,而渦度為零的渦流稱為非(黏)旋性渦流(irrotational vortex)。 |
非(黏)旋性渦流
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又稱為自由渦流(free vortex flow),其流線(stream lines)為同心圓,等勢線(equipotential lines)則由中心向外呈輻射狀,如面盆等洩水時形成之渦流。速度分量為Vr=0,Vθ=C/r,C為常數。
定義環流量(circulation)Γ為流體在任一封閉圍線上的切線速度分量對此圍線元素長度做圍線積分,則 若以環流量Γ表示,則非旋性渦流的流線函數(streamfunction)Ψ和速度勢(velocity potential)ф 的數學表示式為: |
漩渦,渦流
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渦流專指亂流(turbulence)中不均勻、不規則各種尺寸的漩渦。在一個亂流邊界層流場內,實驗證明,最大渦流尺寸與邊界層厚度同一數量級(order);最小渦流尺寸則小到與分子同一數量級。在亂流場內,由於渦流彼此拉伸,使渦流由大變為略小,略小者變為較小,較小者變為更小,因而產生各種尺寸的渦流。渦流的旋轉能量隨之由大渦流傳給較小的渦流,再傳給更小的渦流。這樣逐級傳下去,直到最小的渦流那一級上,黏性應力才直接起作用,把旋轉動能變成熱能散耗掉。
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渦流擴散率
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在紊流邊界層內由於渦流(eddies)之運動而使動量、熱量及質量之傳送增加。渦流係小質量流體,且其不斷地生長、混合、分裂、消失及再生,大的渦流並可包含小的渦流。而渦流擴散率,或稱渦流擴散係數(eddy diffusion coefficient),則為由此渦流現象所引起之流通量(flux)(如質量流通量)與梯度(如濃度梯度)間之比例常數。
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起始渦流
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如圖1所示,飛機剛開始起動時,流線是以非黏滯(inviscid)和無旋(irrotational)在運動,背面的滯點(stagnation point)在機翼的上半表面,此時該飛機不受有升力。但是隨後在機翼尾端處,流場會剝離(separate),開始形成了一個起始渦流,如圖2所示。這個起始渦流將會被帶離開到下流處,如圖3和圖4所示。最後一條光滑流線將會發展開來而覆蓋且平行於機翼的弦線(chord line),這時升力將完全開展而起始渦流將散去。
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螺旋渦流
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參考圖所示,一個流源(參見source)和一個渦流(參見vortex)的結合而成為向外螺旋流動結構即是螺旋渦流。
式中,ф為勢函數和Ψ為流線函數(參見stream function)。就一條流線而言,Ψ=C: 因而流線為等角螺旋線。等勢線則是大小和流線相同,但和流線互相垂直。 |
渦漩、渦流
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流體在有限範圍內產生強烈的螺旋運動。一般有以下幾類:
1.任何具有渦漩度的流動,例如漩渦、漩流或其他旋轉運動。 2.具有封閉流線的流動,如自由渦流。 3.作旋轉運動的流體運動。這時,流體本身不僅發生平移,而且其中任一微小單元均繞著瞬時軸線,以某一角速度作旋轉運動。 |
渦流擴散
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在已形成亂流之流體中,移動之渦流將物質由一定點傳送至另一定點,其行為與熱量及動量之傳送相似,此種形式之傳送方式稱之為渦流擴散。
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貓頭鷹博士