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旋涡

[拼音]:xuanwo

[外文]:vortex

半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。一般旋涡内部有一涡量的密集区,称涡核,其运动类似刚体旋转。上述圆柱体即相似于旋涡的涡核。在它的外部,流体的圆周速度与半径成反比;在它内部,则与半径成正比,在涡心上圆周速度为零。旋涡是飞行器绕流中的重要流动现象,对飞行器的空气动力特性有重要影响(见机翼空气动力特性和机身空气动力特性)。

用无粘性理想流体理论研究机翼绕流时,需要运用许多理想旋涡的概念。如涡核半径为零的集中涡(或线涡),涡心上速度为无穷大;由无数集中涡排列而成的涡面,是切向速度的不连续面;在定常流动中,涡轴与气流速度方向处处一致的涡线为自由涡,否则为附着涡;在流场中不承受压差的涡面称为自由涡面,否则为附着涡面。这些理想旋涡是有限翼展机翼升力线理论和升力面理论的基础。实际流场中还有脱体涡和尾迹涡。

脱体涡

从弹体背风面或机翼的尖前缘分离出来的旋涡。它们都属自由涡,在往下游的方向上旋涡强度不断加强,直到成为尾迹涡为止。它们从分离线脱出后,涡层末端卷成具有涡核的旋涡。图中是用烟迹法显示的三角翼上表面脱体涡中心的照片。在旋涡破裂之前,由于旋涡处的低压使机翼产生附加涡升力。旋涡破裂后,突然扩散,形成湍流团。图中还显示出两种破裂形式。上方是螺旋型破裂,下方是涡泡型破裂。翼表面上方旋涡破裂后,升力突然下降,压力中心前移。

尾迹涡

如二维圆柱绕流背风面的脱体涡,其中包括著名的卡门涡街,以及机翼后缘开始卷起的旋涡等。在一定距离后,机翼尾迹涡逐渐卷成一对具有涡核的旋涡(也称翼梢涡)。此后由于涡量的对流和粘性耗散,旋涡半径逐渐扩大,内部压强和速度逐渐趋近于来流值。大型飞机的尾迹涡可能对处于尾迹区的小型飞机造成灾难性后果。超音速飞行器的尾迹涡可以传播到很远的地方。

参考文章

  • 旋涡Eddy(或Vortex)地球科学

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