物理学 > 流体动力学
[提交于 2015年8月2日
]
标题: 螺旋涡的运动
标题: Motion of a helical vortex
摘要: 我们研究无限大、无粘性、不可压缩流体中单个螺旋涡的运动。该涡是一个无限管,其中心线为螺旋线,截面为小半径的圆(与曲率半径相比),其中涡度均匀且平行于中心线。自Joukowsky(1912)推导出该涡稳定地平移和旋转而不改变形状以来,已有大量尝试计算这些自诱导速度。在这里,我们使用Hardin(1982)对速度场的解,得到涡的线速度和角速度的新表达式。我们的结果通过数值计算Helmholtz积分和Biot-Savart定律的Rosenhead-Moore近似得到验证,在涡的螺距和截面的所有取值范围内都比之前的结果更准确。然后,我们使用新公式研究靠近涡的被动粒子的输运;我们发现涡的运动及其输送流体的能力取决于其螺距和截面如下:细长涡具有小螺距时移动速度快且携带少量流体;粗涡具有小螺距时以中间速度移动,自身是中等的携带者,但它沿螺旋轴向前推动流体;而具有大螺距的涡,无论细长还是粗大,移动缓慢且携带大量流体。
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