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Physique · 术语表

什么是 Vorticité?

Définition 2.12 Physique universitaire — 2e année · 第 2 章 — Cinématique des fluides

La vorticité d’un écoulement est le champ de vecteurs

ω→=curl→⁡v→,curl→⁡A→=(∂Az∂y−∂Ay∂z,  ∂Ax∂z−∂Az∂x,  ∂Ay∂x−∂Ax∂y).\vect\omega = \operatorname{\vect{curl}}\vect v , \qquad \operatorname{\vect{curl}}\vect A = \Bigl(\frac{\partial A_z}{\partial y} - \frac{\partial A_y}{\partial z},\; \frac{\partial A_x}{\partial z} - \frac{\partial A_z} {\partial x},\; \frac{\partial A_y}{\partial x} - \frac{\partial A_x}{\partial y}\Bigr) .

Un écoulement est irrotationnel là où ω→=0→\vect\omega = \vect 0.

示例

Exemple 2.15 (Trois écoulements plans)

(i) Écoulement de point d’arrêt v→=k(x,−y)\vect v = k(x, -y) : div⁡v→=0\operatorname{div}\vect v = 0, ω→=0→\vect\omega = \vect 0, φ=12k(x2−y2)\varphi = \tfrac12k(x^2 - y^2) ; lignes de courant xy=xy = const, des hyperboles — un jet qui frappe une paroi, au voisinage de l’axe. (ii) Tourbillon ponctuel v→=Γ2πre→θ\vect v = \dfrac{\Gamma}{2\pi r}\vect e_\theta (coordonnées polaires planes) : incompressible et irrotationnel partout sauf en r=0r = 0, φ=Γθ/2π\varphi = \Gamma\theta/2\pi (multiforme), et la circulation sur tout cercle entourant le centre vaut Γ\Gamma — la vorticité est concentrée sur l’axe. (iii) Tourbillon de Rankine : un cœur r<ar < a en rotation en bloc vθ=Ωrv_\theta = \Omega r (vorticité 2Ω2\Omega) raccordé au tourbillon ponctuel vθ=Ωa2/rv_\theta = \Omega a^2/r à l’extérieur : le modèle d’une tornade, du tourbillon d’une baignoire ou du remous derrière la pile du pont — la vitesse est maximale au bord du cœur.

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