
【化】 velocity potential
career; pace; quickness; rapidity; rate; speed; velocity
【化】 velocity
【医】 rate; speed; velocity
circumstances; force; influence; potential; power; puissance; sign; situation
【医】 force
在流体力学中,速度势(Velocity Potential) 是一个标量函数,通常用符号 (phi) 表示。其定义为:若某一速度场 (vec{v}) 可表示为某个标量函数 (phi) 的梯度,即满足: $$ vec{v} = abla phi $$ 则该标量函数 (phi) 称为速度势。这一概念的核心在于将速度场简化为一个标量场的梯度形式,从而简化流体运动的分析。
速度势存在的充要条件是流动为无旋流动(irrotational flow),即速度场的旋度为零: $$
abla times vec{v} = 0 $$ 此时流体微团无自转运动,例如理想流体在重力作用下的流动。
通过引入速度势,可将描述流体运动的向量方程(如欧拉方程)转化为标量方程,显著降低求解复杂度。连续性方程 ( abla cdot vec{v} = 0) 在不可压缩流体中可进一步简化为拉普拉斯方程: $$
abla phi = 0 $$
速度势的等值面((phi = text{constant}))与流线垂直。沿等势面方向的速度分量为零,表明流体沿垂直于等势面的方向流动。
《英汉流体力学词汇》(科学出版社)将其定义为“标量函数,其负梯度等于流体速度向量”。
《流体力学名词》(全国科学技术名词审定委员会)进一步说明其适用于无旋流场,且满足拉普拉斯方程。
(注:因术语高度专业化,标准汉英词典如《牛津英汉双解词典》未收录此词条,建议参考专业流体力学文献获取精准释义。)
速度势是流体力学中与无旋运动相关联的标量函数,其核心定义和性质可归纳如下:
速度势(velocity potential)是描述无旋流动(即流体质点无旋转的运动)的标量函数Φ。若流体速度场v满足关系式: $$ v = abla Phi $$ 则Φ称为速度势。存在速度势的流动一定是无旋的,因为旋度运算$ abla times v = abla times ( abla Phi) = 0$;反之,无旋流动必然存在速度势(见开尔文定理)。
对于不可压缩流体(密度ρ为常数),连续性方程$ abla cdot v = 0$可转化为拉普拉斯方程: $$
abla Phi = 0 $$ 这表明速度势满足调和函数性质。若考虑密度变化(可压缩流体),方程扩展为$ abla cdot (rho abla Phi) = 0$,称为全速势方程。
速度势将三维速度场简化为标量场的梯度运算,极大简化了无旋流动的分析。例如,在理想流体中,瞬时压强扰动产生的无旋流动可通过速度势描述。
速度势是研究无旋流动的关键工具,其数学形式简洁且物理意义明确,广泛应用于空气动力学、水动力学等领域。如需更完整的推导或应用案例,可参考流体力学教材或专业文献。
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