vorticitatea.pdf

2
Vorticitatea Vitezele de deformație ale unei particule de fluid corespund dilatărilor și forfecării (alunecării relative) respectivei particule sub acțiunea forțelor aplicate. Tensorul vitezelor de deformație este simetric și definit ca 1 , , , 1, 2, 3 2 j i ij ij j i u u ij x x E . Componentele tensorului vitezelor de deformație se obțin din gradienții vitezei conform relației: 1 1 , , 1, 2, 3 2 2 j j i i i ij ij j j i j i u u u u u ij x x x x x Pe baza relației anterioare se definesc componentele ij ale unui tensor antisimetric, numit al vitezelor unghiulare (vitezele de rotație). Vitezele de rotație ale particulei de fluid după cele trei axe sunt, folosind notațiile uzuale pentru componentele vectorului viteză ,, uvw V : 1 2 1 2 1 2 x yz y zx z xy w v y z u w z x v u x y Vectorul vorticitate este definit ca: 2 , , x y z ω Evident, folosind operatorul rotor, se poate scrie direct: rot ω V V Observație. Vitezele de deformație sunt cele care contribuie la tensiunile vâscoase. Vitezele unghiulare indică o rotație de solid, care nu produce tensiuni vâscoase. Aceasta este o deosebire fundamentală între tensorul vitezelor de deformație și respectiv rotorul vitezei (sau vectorul vorticitate), ambele fiind construite pe baza gradientului vitezei.

Upload: viorel

Post on 13-Sep-2015

15 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • VorticitateaVitezelededeformaiealeuneiparticuledefluidcorespunddilatriloriforfecrii(alunecriirelative)respectivei particule sub aciunea forelor aplicate. Tensorul vitezelor de deformaie este simetric idefinitca

    1, , , 1, 2,32

    jiij ij

    j i

    uu i jx x

    E .

    Componenteletensoruluivitezelordedeformaieseobindingradieniivitezeiconformrelaiei:

    1 1 , , 1, 2,32 2

    j ji i iij ij

    j j i j i

    u uu u u i jx x x x x

    Pebazarelaieianterioaresedefinesccomponentele ij aleunuitensorantisimetric,numitalvitezelorunghiulare(vitezelederotaie).Vitezele de rotaie ale particulei de fluid dup cele trei axe sunt, folosind notaiile uzuale pentrucomponentelevectoruluivitez , ,u v wV :

    12

    12

    12

    x yz

    y zx

    z xy

    w vy z

    u wz x

    v ux y

    Vectorulvorticitateestedefinitca:

    2 , ,x y z Evident,folosindoperatorulrotor,sepoatescriedirect: rot V V Observaie.Vitezelededeformaiesuntcelecarecontribuielatensiunilevscoase.Vitezeleunghiulareindico rotaiede solid, carenuproduce tensiuni vscoase.Aceastaesteodeosebire fundamentalntretensorulvitezelordedeformaieirespectivrotorulvitezei(sauvectorulvorticitate),ambelefiindconstruitepebazagradientuluivitezei.

  • naerodinamicihidrodinamicsedefinetecirculaiavitezeicafiind integralacurbilinieavectoruluivitezpeocurbnchisa:

    C

    V dr Cualtecuvinte,circulaianjurulcurbeinchiseCesteintegralacomponenteitangenialeavitezeipeocurb.AplicndaceastdefiniiepeunconturinfinitezimaldreptunghiularculaturiledxidydinplanulOxy,seobineegalitatea

    2 z zv ud dxdy dxdy dxdyx y

    DacdSesteariasuprafeei,atuncidinegalitateaanterioarrezulti 2 zd dS naceastformegalitateaesteadevratpentruunconturdeformoarecareidacoaplicmpentruuncercderazmicratuncirezultsuccesiv:

    22 2 2z z zd dS r r r Evident,rezultc z estevitezaunghiularaelementuluidesuprafanjurulcentruluisu.Ideeaseextindelatoatecomponentelevorticitii.Oriceparticuldefluidcarepoartvorticitateestedenumitelementdevrtejiarintensitateaelementuluidevrtejestedefinitcacirculaiadinjurulsu.Dinacestexemplusimpluseconstatlegturadintreconceptuldecirculaieivorticitate,careestedefaptextinsprin teorema luiStokes:circulaiadea ingiluneicurbe nchiseCesteegalcu fluxuldevorticitatecetreceprintrosuprafaScaresesprijinpecurbaC,adic:

    C S

    rot dS V dr V n