
【化】 velocity potential
career; pace; quickness; rapidity; rate; speed; velocity
【化】 velocity
【醫】 rate; speed; velocity
circumstances; force; influence; potential; power; puissance; sign; situation
【醫】 force
在流體力學中,速度勢(Velocity Potential) 是一個标量函數,通常用符號 (phi) 表示。其定義為:若某一速度場 (vec{v}) 可表示為某個标量函數 (phi) 的梯度,即滿足: $$ vec{v} = abla phi $$ 則該标量函數 (phi) 稱為速度勢。這一概念的核心在于将速度場簡化為一個标量場的梯度形式,從而簡化流體運動的分析。
速度勢存在的充要條件是流動為無旋流動(irrotational flow),即速度場的旋度為零: $$
abla times vec{v} = 0 $$ 此時流體微團無自轉運動,例如理想流體在重力作用下的流動。
通過引入速度勢,可将描述流體運動的向量方程(如歐拉方程)轉化為标量方程,顯著降低求解複雜度。連續性方程 ( abla cdot vec{v} = 0) 在不可壓縮流體中可進一步簡化為拉普拉斯方程: $$
abla phi = 0 $$
速度勢的等值面((phi = text{constant}))與流線垂直。沿等勢面方向的速度分量為零,表明流體沿垂直于等勢面的方向流動。
《英漢流體力學詞彙》(科學出版社)将其定義為“标量函數,其負梯度等于流體速度向量”。
《流體力學名詞》(全國科學技術名詞審定委員會)進一步說明其適用于無旋流場,且滿足拉普拉斯方程。
(注:因術語高度專業化,标準漢英詞典如《牛津英漢雙解詞典》未收錄此詞條,建議參考專業流體力學文獻獲取精準釋義。)
速度勢是流體力學中與無旋運動相關聯的标量函數,其核心定義和性質可歸納如下:
速度勢(velocity potential)是描述無旋流動(即流體質點無旋轉的運動)的标量函數Φ。若流體速度場v滿足關系式: $$ v = abla Phi $$ 則Φ稱為速度勢。存在速度勢的流動一定是無旋的,因為旋度運算$ abla times v = abla times ( abla Phi) = 0$;反之,無旋流動必然存在速度勢(見開爾文定理)。
對于不可壓縮流體(密度ρ為常數),連續性方程$ abla cdot v = 0$可轉化為拉普拉斯方程: $$
abla Phi = 0 $$ 這表明速度勢滿足調和函數性質。若考慮密度變化(可壓縮流體),方程擴展為$ abla cdot (rho abla Phi) = 0$,稱為全速勢方程。
速度勢将三維速度場簡化為标量場的梯度運算,極大簡化了無旋流動的分析。例如,在理想流體中,瞬時壓強擾動産生的無旋流動可通過速度勢描述。
速度勢是研究無旋流動的關鍵工具,其數學形式簡潔且物理意義明确,廣泛應用于空氣動力學、水動力學等領域。如需更完整的推導或應用案例,可參考流體力學教材或專業文獻。
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