物理学 > 流体动力学
[提交于 2023年11月1日
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标题: 摇动一个装满理想液体的容器;一个可处理的情况,一个环形壳,表现出虚拟壁
标题: Shaking a container full of perfect liquid; a tractable case, a torus shell, exhibits a virtual wall
摘要: 对装有不可压缩液体的刚性容器进行“摇晃”操作,从静止状态开始,通常会导致液体在其中的位移或混合。 如果液体的粘度也为零,即为“理想”或欧拉液体,凯尔文定理大大简化了流动分析。 响应是瞬时的;停止容器后,所有液体运动也会停止。 实际上,任意的操作都可以视为容器的无限小平移和旋转的交替进行。 相对于容器,在每次平移过程中,液体都是静止的。 无限小的旋转(沿旋转轴的一个无限小矢量)在容器坐标系中分解为三个正交分量。 每个分量都会产生其自身的无限小液体位移矢量场。 然而这些情况很少易于处理,它们的综合影响也并不明确。 与其考虑体积流动,不如考虑三维中的表面流动,液体在一个壳层中自由滑动,该壳层夹在两个嵌套的闭合曲面之间,且具有恒定的无限小间隙。 闭合性避免了额外的边界。 二维性允许通过容器角速度矢量确定一个标量流函数。 随意操纵容器的角速度,除了球体外,会导致液体无限丰富的面积保持重新配置。 即使对于球体,液体内任一点在壳容器框架下都可以移动到任何其他点,一般情况下也应如此。 然而,对于孔径足够小的环面(直径<0.195倍环面直径),存在一个虚拟壁,即一个假设的轴向圆柱体,与环面相交。 不管如何操纵环面,圆柱体内的液体始终在内部;外部的液体始终在外部。
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