스톡스 스트림 기능

Stokes stream function
축대칭Stokes 흐름에서 를 중심으로 한 직선. 단자 속도에서 드래그포스Fd 물체를 추진시키는 힘 Fg 균형을 맞춘다.

유체 역학에서 스톡스 스트림 기능은 축대칭으로 3차원 비압축 유량으로 흐름유속을 기술하는 사용된다. 스톡스 스트림 함수의 일정한 값을 갖는 표면은 흐름 속도 벡터에 접하는 모든 곳에서 스트림튜브를 둘러싸고 있다. 또한 이 스트림튜브 내의 볼륨 플럭스는 일정하며, 흐름의 모든 스트림이 이 표면에 위치한다. 스톡스 스트림 기능과 관련된 속도장은 솔레노이드(solidoal)로, 분기가 0이다. 이 하천 기능은 조지 가브리엘 스톡스를 기리기 위해 명명되었다.

원통좌표

원통형 좌표로 표시된 점.

원통형 좌표계(ρ, φ, z )를 고려한다. z축은 압축 불가능한 흐름이 축대칭인 선, az 방위각ρ z축까지의 거리를 나타낸다. 다음으로 유속 성분 uρ uz 스톡스 스트림 함수 의 관점에서 표현하면 다음과 같다.[1]

방위 속도 구성 요소φ u는 스트림 기능에 의존하지 않는다. 축대칭 때문에 세 가지 속도 성분(uρ, uφ, uz )은 모두 방위각 not이 아닌 ρz에만 의존한다.

스톡스 스트림 함수의 일정한 값 ψ으로 경계된 표면을 통과하는 부피 플럭스는 2㎛ to과 같다.

구형좌표

구형 좌표계를 사용하여 표시된 점

구형 좌표(r , θ , φ )에서 r원점으로부터의 방사상 거리, θ정점각, φ방위각이다. 축대칭 흐름에서 θ = 0 회전 대칭 축으로, 흐름을 설명하는 수량은 방위 φ과 다시 독립적이다. 유속r 구성 요소θ u 및 u는 다음을 통해 스톡스 스트림 기능 과(와) 관련된다.[2]

다시 말해 방위 속도 성분 uφ 스톡스 스트림 함수 ψ의 기능이 아니다. 상수 ψ의 표면으로 경계된 하천관을 통한 부피 유량은 전과 같이 2 ψ과 같다.

보르티시티

vorticity는 다음과 같이 정의된다.

, where

방향의 단위 벡터

그 결과, 계산 결과, vorticity 벡터는 다음과 같은 것으로 밝혀졌다.

원통형과의 비교

원통형 및 구형 좌표계는 다음을 통해 관련된다.

= ρ= sin.

반대 기호가 있는 대체 정의

일반 스트림 함수 기사에서 설명한 바와 같이, 스톡스 스트림 기능과 유속 간의 관계에 대한 반대 기호 규약을 사용하는 정의도 사용되고 있다.[3]

영분산

원통형 좌표에서 속도장 u차이는 다음과 같이 된다.[4]

압축할 수 없는 흐름의 예상대로

구면 좌표:[5]

연속 스트림 함수의 곡선으로 축척

미적분학에서는 그라데이션 ∇{\ \이()c =C {\=C 곡선에 대해 정규적인 것으로 알려져 있다(예: 참조). 레벨 세트#레벨 세트그라데이션). If it is shown that everywhere using the formula for in terms of then this proves that level curves of are streamlines.

원통좌표

원통형 좌표에서는

.

그리고

하도록

구형좌표

그리고 구면 좌표에서

그리고

하도록

메모들

  1. ^ 배첼러(1967), 페이지 78.
  2. ^ 배첼러(1967), 페이지 79.
  3. ^ 예시 Brenner, Howard (1961). "The slow motion of a sphere through a viscous fluid towards a plane surface". Chemical Engineering Science. 16 (3–4): 242–251. doi:10.1016/0009-2509(61)80035-3.
  4. ^ 배첼러(1967), 페이지 602.
  5. ^ 배첼러(1967), 페이지 601.

참조