7.体验阻力-流动阻力与计算：绕物动力及减阻.pptVIP

边界层的基本概念 边界层分离与压差阻力 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 马格努斯效应 magnus effect 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 　 扰流板 Spoiler　 * 4. 体验阻力 （一） 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。 里昂·莫伊塞弗 塔科马海峡吊桥1940年7月1日通车 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。 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 Ludwig Prandtl(1875-1953) “论粘性很小的流体运动” 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） 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，只能被挤向主流，离开壁面，这就是边界层的分离。 旋涡 根本原因：粘性 分离条件：逆向压力梯度 边界层分离 边界层分离的 必要充分条件 由于在分离点后的回流区、旋涡区中压强大大下降，导致绕流物体前后的压差，形成压差阻力，也可称为形状阻力。压差阻力取决于分离点的位置和尾流区的大小。绕物体流动的阻力包括摩擦阻力和压差阻力两部分。摩擦阻力与物体表面积大小有关，压差阻力与物体的形状有关系。 宽 圆 柱 半 管 半 管 方 柱 平 板 椭 柱 椭 柱 球 半 球 半 球 方 块 方 块 矩 形 板(长/宽=5) 二元物型 ? ? 104 ～ 105 1.2 ? 4 ×104 1.2 ? 4 ×104 2.3 ? 3.5×104 2.0 ? 104×106 1.98 ? 1×105 0.46 ? 2 ×105 0.20 三元物型 ? ? 104 ～105 0.47 ? 104 ～105 0.42 ? 104 ～105 1.17 ? 104 ～105 1.05 ? 104 ～105 0.80 ? 103 ～105 1.20 8:1 2:1 物体 流速 210 210 210 210 阻力 1 2.6 4.0 9.3 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 * *