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starccm+技巧分享:流线、迹线、示踪线

6月前浏览19325

本文摘要(由AI生成):

本文主要介绍了流体力学中的流线、迹线和示踪线,以及它们之间的关系和区别。流线是沿着流场质点速度矢量相切的方向形成的连线,迹线是流体质点空间位置在时间历程上形成的轨迹,示踪线是所有经过过同一位置的流体质点在某一时刻下形成的连线。在稳态流场中,三种场线是重合的,但在非稳态流场中,它们具有不同的形态。流线可以帮助我们了解流场的速度分布和压力关系,迹线可以记录流场信息在一个时间段内的结果,示踪线可以显示流场中不同时刻的流体质点运动轨迹。在通用的CFD软件中,都提供了制作这三种场线的可视化后处理工具,可以帮助我们更深入地洞察流场信息。


流体力学中的流线、迹线和示踪线是描述流场的场线。只有当流场为非稳定状态时,三种场线的形态才会有所区别。反之,对于稳态流场,三种线是相互重合的。

我们可以把观测到的流场场线分为:瞬时场线与时间历程场线。其中流线和示踪线属于瞬时结果,类似于拍照,记录的是某一时刻下的流场信息。而迹线,实际上是流场在时间历程上的结果,记录的是一段时间内的流场信息,类似于不同时刻照片的叠加。

流线(Streamlines):沿着流场质点速度矢量相切的方向形成的连线。所以流线上任意一点切线的方向,就代表了当地流体质点的速度方向。流线的稀疏的地方,流场速度小,流线密集的地方,流场的速度大。而且,每一条流线上的速度和压力的关系,都满足伯努利方程。 

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   根据定义,我们可得知,流场内任意两条流线都不会相交,因为同一个流体质点不可能同时具有两个不同的运动方向。记得读流体力学书时,为了加深对流线的理解,老师告诉我们:每一条流线,都可以看作一堵可以自由滑移的壁面,流体可以贴着壁面流动、而不会穿过;这样解释流线,形象而生动。

根据流线的定义,我们又可以衍生出流管,想象流线如果起始于流场内一个封闭的环,在流线向后不断发展过程中,又会有新的封闭的环产生,这些环构成的面,就称作流管。同样的,流管也像壁面一样,把管内和管外的流体分割开来,而不会穿透。

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迹线(Pathlines):流体质点空间位置在时间历程上形成的轨迹。所以迹线实际上描述的是流场信息在一个时间段内的结果。它记录了不同时刻下跟踪质点空间位置的变化。

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示踪线(Streaklines):也有人称之为烟线,定义是所有经过过同一位置的流体质点,在某一时刻下形成的连线。注意是经过过,不是打错字了;他的英文原意是:The loci of points of all the fluid particles that havepassed continuously through a particular spatial point in the past;我们可以这样理解,如果我们在流场中某个点,不断的释放不考虑质量的烟雾或者墨水,那么这些在同一位置点冒出的烟雾和墨水在某一时刻时形成的线,就叫做示踪线。

下面这幅图是汽车风洞实验的一个场景。喷入的示踪剂,形成的就是示踪线或者叫烟线。如开篇所讲的,如果流场是稳态的。那么这三条线是重合的。所以这条示踪线,又可以用它来说明流线和迹线。

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动画中的虚线,为随时间变化的流线,记录了每个位置下流体质点的速度方向随时间的变化;想象在坐标(0,0)点的一个流体质点,跟随着流场运动,这个质点在不同时刻经历过的位置,用红色的线表示,记录了这个流体质点随时间在流场中位置的变化,这就是迹线。那么蓝色的线,就是示踪线,它记录了所有经过坐标(0,0)点的流体质点,在某一瞬时形成的连线。注意流场是非稳态的,流线形状随时间是变化的,所以这三种场线,是完全不同的。

基本概念介绍完毕,在通用的CFD软件中,都提供了制作这三种场线的可视化后处理工具。它可以帮助我们更深入的洞察流场信息。

今天的介绍对象是流线,如下面的圆柱绕流问题,如何用流线准确的捕捉到圆柱尾流的关键特征呢,例如漩涡?

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首次发布时间:2019-12-22
最近编辑:6月前
LEVEL水平线仿真
硕士 | 热管理工程师 公众号LEVEL电池热管理技术
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8条评论
小新 sy
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10月前
这些矢量流线怎么让他们头尾相连
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啊军
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1年前
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ll
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1年前
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赵明
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1年前
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2017011601陈冠昌
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蛋蛋的莜桑
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1379
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仿真秀0517160022
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2年前
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