19.4
考虑水在横截面均匀的长直管道中稳定流动的情况。
管道的中心区域, 其中流体流动是无旋的, 速度势函数定义了流体的流动,速度可表示为该势函数的梯度。
直接代入速度分量可验证该流动满足无旋条件。
速度势适用于三维流动,例如这种管道流动,而流函数则专用于二维流动,其来源于质量守恒。
在不可压缩流动中,连续性方程要求速度矢量的散度为零。
通过代入速度势,该条件变为拉普拉斯方程,这是一个描述无粘性、不可压缩且无旋流动的关键微分方程。
在柱坐标系中,拉普拉斯方程对径向、角向和轴向的变化进行了调整。结合管道壁面的边界条件求解该方程,可确定流动的速度势函数。
由此,通过计算空间导数确定完整的速度场,从而揭示管道内的流动模式。