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空气动力学基本概念：涡流：涡流控制技术：涡流发生器

技术教程

1空气动力学基础

1.1流体动力学原理

流体动力学是研究流体（液体和气体）在静止和运动状态下的行为及其与

固体边界相互作用的学科。在空气动力学中，我们主要关注气体的流动特性。

流体动力学的基本原理包括：

质量守恒定律：流体的质量在流动过程中保持不变。这意味着流

体在管道或翼型周围的流动，其流入和流出的总质量相等。

动量守恒定律：流体的总动量在没有外力作用下保持不变。在空

气动力学中，这通常表现为牛顿第二定律的应用，即力等于质量乘以加

速度。

能量守恒定律：流体的总能量在流动过程中保持不变。这包括动

能、位能和内能的总和。

1.1.1示例：质量守恒定律

假设一个简单的管道，流体从一端流入，从另一端流出。管道的横截面积

在不同位置可能不同，但流体的质量流量在任何位置都应保持一致。

质量流量=⋅⋅

其中，是流体的密度，是管道的横截面积，是流体的速度。

1.2伯努利定理与连续性方程

伯努利定理描述了在理想流体（无粘性、不可压缩）中，流体速度的增加

会导致静压的减少，反之亦然。这一定理在解释飞机升力的产生中起着关键作

用。

连续性方程是流体动力学中质量守恒定律的数学表达，它表明在流体流动

中，流体的流速与管道的横截面积成反比。

1.2.1示例：伯努利定理的应用

飞机翼型的上表面设计为曲线，下表面为直线。当空气流过翼型时，上表

面的流速比下表面快，根据伯努利定理，上表面的静压会比下表面低，从而产

生升力。

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1.3层流与湍流的区别

流体流动可以是层流或湍流。层流是指流体以平滑、有序的方式流动，而

湍流则是指流体流动中存在复杂的、随机的涡旋和混合。

层流：流体分子沿直线运动，没有横向混合。这种流动通常发生

在低速度和高粘性流体中。

湍流：流体分子不仅沿主流方向运动，还存在大量的横向运动，

形成涡旋。这种流动通常发生在高速度和低粘性流体中。

1.3.1层流与湍流的转换

雷诺数（Reynoldsnumber）是判断流体流动状态的一个重要参数，它描述

了流体流动中惯性力与粘性力的比值。雷诺数的计算公式为：

⋅⋅

Re=

其中，是流体的密度，是流体的速度，是特征长度（如管道直径或翼

型弦长），是流体的动力粘度。

当雷诺数小于约2300时，流动通常为层流；当雷诺数大于约4000时，流

动通常为湍流。

1.3.2示例：计算雷诺数

1 100 

假设我们有一架飞机，其翼型的弦长为，飞行速度为，空气的

3−5

 1.81×10 ⋅

密度为1.225/，动力粘度为。

#定义参数

rho=1.225#空气密度，单位：kg/m^3

v=100#飞机速度，单位：m/s

L=1#翼型弦长，单位：m

mu=1.81e-5#空气动力粘度，单位：Pa*s

#计算雷诺数

Re=(rho*v*L)/mu

print(f雷诺数为：{Re:.2f})

运行上述代码，我们可以计算出飞机翼型周围的空气流动的雷诺数，从而

判断流