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凱爾文定理

開 爾文定理流 體 動力 學中的 一個重要定理,其 內容可以 總 結如下:

適用 條件:在 無粘性、正 壓流 體中,如果外力有 勢,那 麼沿由相同流 體 質 點 組成的封 閉曲 線的速度 環量在 隨 體 運 動 過程中保持 恆定。

定 義:速度 環量定 義 為 線 積分,表 達式 為 Γ = ∮L v · dr,其中 Γ 是速度 環量,v 是速度矢量,dr 是封 閉曲 線 L 的 線段元矢量。

推 導: 開 爾文定理可以推出 渦旋不生不 滅定理,即在 無粘性、正 壓流 體中,如果外力有 勢,且初始 時刻某部分流 體 無旋, 則 這部分流 體在任意 時刻都保持 無旋。反之,如果初始 時刻 該部分流 體有旋, 則它始 終保持有旋 狀 態。

套用: 開 爾文定理的 一個重要推 論是, 對於 無粘性不可 壓 縮均 質流 體在重力作用下的均 勻 來流定常 繞流 問 題和 靜止起 動 問 題,整 個流 體 運 動 時 時 處 處都是 無旋的。 這 為 處理 這 類流 動提供了 數 學上的 簡化。

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