体验阻力流动阻力与计算详解.ppt

扰流板 Spoiler　 * * * * 人们希望在这里建桥的愿望可以追溯到1889年为北太平洋铁路建造栈桥的提议，但20世纪20年代人们才达成一致意见，建造计划最终在1937年得以继续，华盛顿州立法机关制定了华盛顿州的桥梁税并拨款5000美元研究塔科马市和皮尔斯县对塔科马海峡建桥的需求。　　从一开始，资金问题就是最大的问题，拨款并不足以支付建桥成本。但是大桥的建设却得到了美国军方的大力支持，大桥的建成将大大方便海军在布雷默顿的造船厂和陆军在塔科马的军事基地的交通。　　华盛顿州的工程师克拉克·艾尔德里奇（Clark Eldridge）提出一个初步计划，桥梁必须通过严格的实验并使用常规设计，资金则由联邦政府公共工程管理处（PWA）拨款一千一百万美元。但是来自纽约的工程师莱昂·莫伊塞夫（Leon Moisseiff）上书联邦政府公共工程管理处，认为他可以花更少的钱建桥。　　原先的建设规划25英尺深（7.6米）的钢梁增加刚度，莫伊塞夫——著名的金门大桥的受尊敬的设计师和顾问工程师，建议采用8英尺（2.4米）深的浅支持梁。他的方案使钢梁变窄，并且使大桥更优雅，更具观赏性，同时也降低到建造成本。最终莫伊塞夫的设计方案胜出。1938年6月23日，联邦政府公共工程管理处批准了600多万美元的拨款用来建造塔科马海峡大桥。另外160万美元将通过收税筹集，最终的建造成本为800万美元。　　使用浅支撑梁的决定最终在不久的将来被证明是造成桥梁坍塌的重要原因。8英尺（2.42米）的支撑梁并不足以使路基拥有足够的刚度，从而使大桥经不住风的侵袭。从一开始，大桥的振动就使之声名狼藉。轻度至中度的风就可以导致大桥来回摇摆，中心的摆动可达每4到5秒几英尺。因此大桥被当地居民起绰号叫“舞动的格蒂”。司机在桥上行驶可以明显感觉到桥的摆动，振动吸引许多人驱车前往，享受这奇妙的感觉。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * 喷气v 配重砝码 改变喷气速度，阻力的变化 光滑球和粗糙球对比 v 阻力 湍流边界层 光滑球 粗糙球 边界层分离推迟 边界层分离较早 1911 (1881-1963) 卡门涡街 平稳水流绕过物体后，会交替形成二列向内旋转的序列涡。 应用举例 升力 阻力 攻角 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 推进力 横流力 导流板 飞机的机翼 扰流板 副翼 襟翼 副翼 Aileron　 前缘缝翼 Leading edge slat 　 襟翼 Flap 　 4. 体验阻力 （二） 从塔科马大桥谈起 上世纪三十末年代，美国在华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥：塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrows Bridge），大桥于1940年7月1日建成通车。 塔科马海峡吊桥1940年7月1日通车 里昂·莫伊塞弗 1940年11月8日美国华盛顿州的《塔科马新闻论坛（Tacoma?News?Tribune）的新闻标题? 东边桥（2007年建）和西边桥（1950年建） 风何以有如此大的威力？ 绕物体流动——阻力与升力 绕流作用 阻力 作用力 ：消耗动力 ：控制物体运动 稳定、操控、破坏 速度、能源、经济 斯托克斯阻力公式 低雷诺数（Re 1） u0 D F D G u 重力 绕流阻力 浮力 匀速下降 ——悬浮速度 Re1 问题与思考 空气粘度：17.9× 10-6 Pa·S，20 ℃ 按斯托克斯阻力公式计算，当球体直径为0.5m，风速为35m/s时，阻力仅为0.003N。 Ludwig Prandtl(1875-1953) 1904年L. Prandtl 在德国海登堡第三届国际数学大会上提出边界层概念 “论粘性很小的流体运动” 边界层的基本概念 边界层：物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层。 边界层是在实际流体的大雷诺数流动中，紧贴固壁存在的一个粘性起主导作用的薄流层。 两类不同性质的流动： （1）物体边界附近薄层由于粘性力作用，有很大的速度梯度du/dy —— 边界层（附面层）； （2）边界层以外的流动，粘性力作用不计——理想流体无旋流动（势流） 边界层分离与压差阻力 逆向压力梯度 顺向压力梯度 曲面绕流与平板绕流不同，由于存在 ?p／?x0 的逆压区， 处于逆压区中边界层内的流速剖面会顺流变得越来越狭窄，紧贴壁面的流体越走越慢，壁面切应力则越来越小，直到分离点处，壁面切应力降为零，即 ，边界层内的流体质点开始脱离壁面，此后便会发生流体沿着壁面‘回流’的现象，这样边界层中从上游流来的流体在到达分离点时，受到堆积和回流的影响