流體力學的一個分支。研究流體運動的幾何性質,而不涉及力的具體作用。流體運動學包括下述內容:
流動的分析描述 在流體力學中描寫運動的方法有兩種,即拉格朗日方法和歐拉方法。拉格朗日方法著眼於流體質點(見連續介質假設),設法描述每個流體質點的位置隨時間變化的規律。通常利用初始時刻流體質點的直角坐標或曲線座標a、b、c作為區分不同流體質點的標志。流體質點運動規律可表示成方程(1)的形式:
r=r(a,b,c,t), (1)
其中 r是流體質點的矢徑; t為時間;變數 a、 b、 c、 t統稱為拉格朗日變數。對時間 t求式(1)的一次偏導數和二次偏導數,可分別得到流體質點的速度矢量和加速度矢量。歐拉方法著眼於空間點,設法在空間的每一點上描述出流體運動隨時間的變化狀況。通常用速度矢量![](/img1/13891.gif)
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流動的幾何描述 在拉格朗日方法中,流體質點運動規律的幾何表示是跡線。在歐拉方法中,則利用流線幾何地描述流體的運動。在非定常運動中,流線和跡線一般是不重合的;而在定常運動中,兩者必然重合(見流線)。
流動的分析 流體運動要比剛體運動復雜,因為它除瞭平動和轉動外,還要發生變形。流體微團運動分析的主要內容包含在亥姆霍茲速度分解定理中。
流動的分類 以運動形式為標準,流體運動可分為無旋運動和有旋運動。若在整個流場中▽×
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渦旋的運動學性質 渦管的運動學性質為:渦通量在渦管所有橫截面上都等於同一常數,稱之為渦管的強度。渦管不能在流體內產生或終止,如果它不以渦環的形式存在,就隻能延伸到邊界上。
區域中有渦和源的分佈,就會誘導出速度場。知道渦旋場和散度場求速度場的問題歸結為解方程(3):
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式中Ⓗ和Ω是區域τ內給定的源和渦的強度分佈函數。其解為:
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連續性方程和流函數 連續性方程是質量守恒定律的數學表達式,它的一般形式為(見流體力學基本方程組):
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無旋運動和速度勢 根據運動的無旋性▽×
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參考書目
G.K.Batchelor,An Introduction to Fluid Dynamics,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1970.