「循環 (流体力学)」の版間の差分

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2015年11月12日 (木) 13:18時点における版

流体力学における循環 (じゅんかん、英: circulation) とは閉曲線上での流体の速度の線積分である。循環は Γ と表されることが多い。渦の強さを表し、非粘性バロトロピック流体の保存外力下では流れにそって保存する。

閉曲線 C に沿った循環 Γ は、流体の速度を v 、曲線の微小線要素ベクトルを dl として、線積分

{\it {\Gamma }}=\oint _{C}{\boldsymbol {v}}\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {l}}

で表せる^[1]。

ストークスの定理によって、循環は渦度と以下のように関連付けされる。

{\begin{aligned}{\it {\Gamma }}=\oint _{C}{\boldsymbol {v}}\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {l}}=\int _{S}({\boldsymbol {\mathsf {rot}}}{\boldsymbol {v}})\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {S}}=\int _{S}{\boldsymbol {\omega }}\cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {S}}\end{aligned}}

ただし、積分経路 C は閉曲線であるだけでなく、面積要素 S の境界 C = ∂S でなければいけない。ここで

{\boldsymbol {\omega }}=\nabla \times {\boldsymbol {v}}={\boldsymbol {\mathsf {rot}}}{\boldsymbol {v}}

は渦度である。

以下の定理が成り立つ。

「非粘性バロトロピック流体の保存外力下での流れにおいて、渦管は渦管として行動し、かつ、その強さは一定不変である^[2]」

非粘性流体の２次元非回転非圧縮流れにおいて、水平方向( x 方向)に一様な速度 U の流れを考える。奥行き方向単位長さあたりの物体にかかる力の鉛直成分( y 成分)、すなわち、揚力 L は物体を囲む閉曲線に沿った循環 Γ と流体の密度 ρ とを使って

L=-\rho U{\it {\Gamma }}

^ ^a ^b 巽友正『流体力学』（1982年 4月15日初版発行）培風館。ISBN 456302421X。
^ ^a ^b 今井功『流体力学(前編)』（1973年11月25日発行）裳華房。ISBN 4785323140。
^ ^a ^b P.K. Kundu; I.M. Cohen; D.R. Dowling (2011). Fluid Mechanics Fifth Edition. Academic Press. ISBN 0123821002

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 }}
 </ref>」
-* [[ラグランジュの渦定理]] 「非粘性バロトロピック流体の保存外力下での流れにおいて、渦は生成不滅である<ref name="今井"/>。」
+* [[ラグランジュの渦定理]] 「非粘性バロトロピック流体の保存外力下での流れにおいて、渦は不生不滅である<ref name="今井"/>。」
 == 循環と揚力 ==