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ヘルムホルツの定理の限界
 じゃま  - 15/12/25(金) 7:55 -
  
前口上:
 先に、航空Ans&Qに関して、如風さん、零戦勉強中さんから、いろいろご指摘をいただきました。
そこで、どこから意見のちがいがでてくるのか、初めから見ていきたいと思います。

まずは循環から。

流れ場に微小閉曲線をとり、閉曲線上の渦線によって囲まれる面積をdAとすると、

dΓ=|ω|dA …(1)

ここで、ωは渦度ベクトルで、

ω=(ξ,η,ζ)

(1)を有限の閉曲線Sの内部の面積Aの範囲で面積分すると、

Γ=∫|ω|dA
 =∫(ξdAx+ηdAy+ζdAz)
 =∫{(∂w/∂y-∂v/∂z)dAx+(∂u/∂z-∂w/∂x)dAy+(∂v/∂x-∂u/∂y)dAz}

ここでストークスの定理を使って、面積分を線積分に書き直すと、

Γ=∫(udx+ydy+wdz)
 =∫Vds

V:速度ベクトル(u,v,w)
Ax=面積Aのx軸方向の投影面積、Ay=面積Aのy軸方向の投影面積、Az=面積Aのz軸方向の投影面積

Γが閉曲線Sまわりの循環です。Γの単位は、[L**2/T]です。

Γの時間変化を求めてみます。

被積分関数のudx、vdy、wdzの時間変化は、

Dudx/Dt=Du/Dt・dx+uDdx/Dt
    =Du/Dt+uDu
    =-∂Ω/dx・dx-1/ρ∂p/∂x+ν∇**2udx+udu

Dvdy/Dt=Dv/Dt・dy+vDdy/Dt
    =Dv/Dt+vDv
    =-∂Ω/dy・dx-1/ρ∂p/∂y+ν∇**2vdy+vdv

Dwdz/Dt=Dw/Dt・dz+wDdw/Dt
    =Dw/Dt+wDv
    =-∂Ω/dz・dz-1/ρ∂p/∂z+ν∇**2wdy+wdv

Ωは流体粒子の回転角速度[rad/s]です。

まとめて、
DΓ/Dt=∫(udx+ydy+wdz)
   =∫{d(V**2)/2-dp/ρ-dΩ}+ν∫(∇**2udx+∇**2vdy+∇**2wdw)  …(2)

非圧縮性非粘性の理想流体なら密度ρ=一定、ν=0だから第一項、第二項ともに0、

DΓ/Dt=0  …(3)

で、循環Γの強さは変化しない。

これはヘルムホルツの定理と一致します。

しかし、実際の流体では、動粘性νがゼロではないから、式(2)で、大気と渦の摩擦で渦の強さは減少して、循環Γはゼロになります。

渦は、翼の表面との摩擦で生じて、大気との摩擦で無くなると思います。
渦の生成消滅については何も言えない。

これはヘルムホルツの定理の範囲外で、考えられていない。

それで、束縛渦と翼端渦と出発渦(後縁渦?)が、つながって、閉じた渦輪になるかどうか、これは現代でも意見が分かれていると思います。

引用なし
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ヘルムホルツの定理の限界 じゃま 15/12/25(金) 7:55
┗ Re:ヘルムホルツの定理の限界 零戦勉強中 15/12/25(金) 19:32
┗ 昆虫と航空機 じゃま 15/12/26(土) 17:48
┗ それは違います 零戦勉強中 15/12/28(月) 13:57
┗ 昆虫のレイノルズ数について じゃま 15/12/29(火) 16:21
┗ Re:昆虫のレイノルズ数について 零戦勉強中 15/12/30(水) 0:21
┗ それでも昆虫 じゃま 15/12/30(水) 16:42
┗ やはりじゃまさんは流体力学を理解していませんね 零戦勉強中 15/12/31(木) 19:37
┗ 昆虫を持ち出したのが、敗因ですね。 じゃま 16/1/1(金) 11:39
┣ じゃま様 ご忠告 如風 16/1/1(金) 17:01
┃┗ 如風さんへ じゃま 16/1/2(土) 6:53
┗ やっぱり、全くわかっていない 零戦勉強中 16/1/2(土) 19:30
┗ そんなに怒らないでください じゃま 16/1/3(日) 16:11
┗ Re:そんなに怒らないでください 零戦勉強中 16/1/4(月) 17:30
┗ すげえなあ じゃま 16/1/5(火) 19:53
┣ Re:すげえなあ 雇われ管理人@力の2号 16/1/6(水) 0:53
┃┗ 雇われ管理人@力の2号様へ じゃま 16/1/6(水) 7:09
┃┗ まともな結論が出るとも思えません 雇われ管理人@力の2号 16/1/6(水) 11:37
┗ Re:すげえなあ 式守ど素人 16/1/6(水) 1:38
┗ そうでもないです じゃま 16/1/6(水) 6:33

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