流体的“流线”和“迹线”定义和区别。

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流线

在流场中每一点上都与速度矢量相切的曲线称为流线。流线是同一时刻不同流体质点所组成的曲线,它给出该时刻不同流体质点的速度方向。

流线 streamline

目录

  1. 1 定义
  2. 2 流线的几点性质

流线定义

在流场中每一点上都与速度矢量相切的曲线称为流线。 [1] 

流线是同一时刻不同流体质点所组成的曲线,它给出该时刻不同流体质点的速度方向。

流线的定义

确定流线的微分方程为:

dr×v(r,t)=0

式中v(r,t)和dr分别为速度矢量和弧元素矢量,t为时间,积分时当作常数。上述方程在直角坐标系中的表达式为:

若C为流体中非流线且不自相交的封闭曲线,在同一时刻过C上每一点作流线,则这些流线所组成的曲面称为流管。

迹线是流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线。它给出同一流体质点在不同时刻的速度方向。若流体运动以欧拉变数形式给出:v=vr,t),其中v为速度矢量;r为矢径,t为时间,则积分下列微分方程组:

并在积分后将所得表达式中的t消去即得迹线方程(见“迹线”词条)。上面各式中t为自变量;直角坐标x、y、z为t的函数;u、v、w分别为速度矢量在x,y、z轴上的分量。

流线流线的几点性质

1.在运动流体的整个空间,可绘出一系列的流线,称为流线簇。流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中速度的不同。
2.当为非定常流时,流线的形状随时间改变:对于定常流,流线的形状和位置不随时间而变化。
3.定常流的流线和迹线重合。
4.一般情况下,流线不能相交,不能折转,只能是一条光滑曲线。

迹线

迹线流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线。它的切线给出同一流体质点在不同时刻的速度方向。迹线是单个质点在连续时间过程内的流动轨迹线。迹线是拉格朗日法描述流动的一种方法。

迹线只与流体质点有关,对不同的质点,迹线的形状可能不同。但对一确定的质点而言,其迹线的形状不随时间变化。

迹线 Path Line

迹线迹线定义

迹线是流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线。它给出同一流体质点在不同时刻的速度方向。 [1]  迹线是同一流体质点在不同时刻所在位置形成的曲线,是用拉格朗日法描述流动的方法。迹线就是流点在各时刻所行路经的轨迹线(或流点在空间运动时所描绘出来的曲线)。如:喷气式飞机飞过后留下的尾迹;台风的路经、纸船在小河中行走的路经等。 [2] 

迹线推论公式

流体运动欧拉变数形式给出:v=v(r,t),其中v为速度矢量(u,v,w);r为矢径(x,y,z),t为时间,则积分下列微分方程组:

并在积分后将所得表达式中的 t 消去即得迹线方程:

r=r(a,b,c,t)

x=x(a,b,c,t)

y=y(a,b,c,t)

z=z(a,b,c,t) [3] 

t为自变量;直角坐标x、y、z为t的函数;u、v、w分别为速度矢量在x,y、z轴上的分量; 积分常数(a,b,c)由某时刻的质点位置确定。

迹线区别

流线和迹线是两个具有不同内容和意义的曲线。迹线是同一流体质点在不同时刻形成的曲线,它和拉格朗日观点相联系;而流线则是同一时刻不同流体质点所组成的曲线,它和欧拉观点相联系。

迹线的微分方程:

其中u,v,w为速度分量。解之即可得到迹线方程,其积分常数由某时刻的质点位置确定。

流线的微分方程:

这两种具有不同内容的曲线在一般的非定常运动情形下是不重合的,只有在定常运动时,两者才形式上重合在一起(见“流线”词条)。

在恒定流情况下,流线与迹线重合

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