Natuurkunde · Begrippenlijst

Wat is Vorticiteit?

Definitie 2.12 Universitaire natuurkunde — jaar 2 · Hoofdstuk 2 — Kinematica van fluïda

De vorticiteit van een stroming is het vectorveld

ω=curlv,curlA=(AzyAyz,  AxzAzx,  AyxAxy).\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) .

Een stroming is rotatievrij waar ω=0\vect\omega = \vect 0.

Voorbeelden

Voorbeeld 2.15 (Drie vlakke stromingen)

(i) Stuwpuntstroming v=k(x,y)\vect v = k(x, -y): divv=0\operatorname{div}\vect v = 0, ω=0\vect\omega = \vect 0, φ=12k(x2y2)\varphi = \tfrac12k(x^2 - y^2); stroomlijnen xy=xy = const, hyperbolen — een straal die een wand treft, dicht bij de as. (ii) Puntwervel v=Γ2πreθ\vect v = \dfrac{\Gamma}{2\pi r}\vect e_\theta (vlakke poolcoördinaten): onsamendrukbaar en overal rotatievrij behalve in r=0r = 0, φ=Γθ/2π\varphi = \Gamma\theta/2\pi (meerwaardig), en de circulatie op elke cirkel om het middelpunt is Γ\Gamma — de vorticiteit zit geconcentreerd op de as. (iii) Wervel van Rankine: een kern r<ar < a die als star lichaam draait, vθ=Ωrv_\theta = \Omega r (vorticiteit 2Ω2\Omega), aangesloten op de puntwervel vθ=Ωa2/rv_\theta = \Omega a^2/r daarbuiten: het model van een tornado, van een draaikolk in het bad of van de wervel achter de brugpijler — de snelheid is maximaal aan de rand van de kern.

Lees in het hoofdstuk →