《空气动力学原理》课件.pptVIP

**********************空气动力学原理空气动力学是研究物体在空气中运动时的力学规律，以及空气流动现象的学科。课程概述航空航天基础空气动力学是航空航天领域的重要基础学科，为飞行器设计、性能分析提供理论依据。本课程将引导学生深入了解空气动力学基本原理和应用。工程应用广泛空气动力学不仅应用于航空航天，还涉及汽车、轮船、风力发电等领域，对提升效率、降低能耗具有重要意义。理论与实践结合课程将结合理论讲解和案例分析，让学生掌握空气动力学基本知识，并能够运用相关原理解决实际问题。什么是空气动力学空气动力学是研究物体在空气中运动时所产生的空气动力现象的科学。空气动力学涉及空气与物体相互作用产生的力、压力、温度和流场变化。它解释了飞机飞行、汽车行驶、风力发电等现象背后的科学原理。空气动力学的历史发展1古代古代文明对风力和水的运动有所了解，例如风帆航行和水车。2文艺复兴时期莱昂纳多·达·芬奇和伽利略·伽利雷等科学家开始研究流体力学，并进行了一些空气动力学实验，例如鸟类飞行和风力。318世纪丹尼尔·伯努利提出伯努利原理，解释了气体流动中的能量守恒关系。419世纪热气球和飞艇的出现，推动了空气动力学的发展，人们开始关注空气阻力和升力等问题。520世纪飞机的发明促进了空气动力学研究的快速发展，研究人员开始探索翼型设计、高速飞行和湍流等问题。6现代随着计算机技术的进步，计算流体力学（CFD）在空气动力学研究中发挥重要作用，并广泛应用于航空航天、汽车和风能等领域。空气动力学的基本概念流体气体和液体统称为流体，它们具有流动性，可以改变形状。速度流体运动速度是指流体质点在单位时间内的位移量。压力流体内部各部分相互作用的内力在单位面积上的作用效果，称为压力。密度单位体积的质量，反映了流体的浓稠程度。流体的基本特性11.连续性流体可视为连续介质，无空隙，无间断。22.可压缩性流体密度在压力变化下会发生改变。33.粘性流体内部存在着抵抗运动的内摩擦力。44.表面张力液体表面会产生张力，使液滴呈球形。流体静力学的基本原理1压强流体内部任意一点上，单位面积所受到的流体分子作用力2帕斯卡定律密闭容器中的静止流体，压强向各个方向传递，且大小相等3阿基米德原理浸没在流体中的物体，受到向上的浮力，大小等于物体排开流体的重量4流体压力流体静止时，由于自身重量产生的压力，深度越大压力越大流体静力学是空气动力学的基础，它研究静止流体中的压力、浮力和流体压力等基本概念。了解这些原理对于理解空气动力学中的气压变化、升力和阻力等现象至关重要。伯努利方程的应用伯努利方程在空气动力学中具有广泛的应用，例如飞机机翼的设计、喷气发动机的推力计算以及风力发电机的设计等。1飞机机翼机翼上表面气流速度快，压强低，下表面气流速度慢，压强高，形成压力差，产生升力。2喷气发动机喷气发动机利用气流加速，降低压强，产生推力，推动飞机前进。3风力发电机风力发电机利用风力驱动叶片旋转，产生电能，伯努利方程用于计算风能的利用效率。气体流动的基本方程气体流动的基本方程描述了气体运动的规律。这些方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。质量守恒方程指出，在一个封闭的系统中，流体质量不会变化。动量守恒方程指出，流体的动量变化等于作用于流体上的外力的合力。能量守恒方程指出，流体的能量变化等于流体吸收的热量加上流体做的功。这些方程是研究气体流动现象的基础。流体阻力的基本概念定义流体阻力是物体在流体中运动时，流体对物体运动的阻碍作用。阻力的大小与物体的形状、大小、运动速度、流体的密度和粘度有关。分类流体阻力可分为摩擦阻力和压差阻力。摩擦阻力主要由流体与物体表面之间的摩擦力产生。压差阻力主要由物体前后表面压强差引起。流体阻力的计算方法理论计算基于流体力学理论推导公式，计算物体在特定流体中所受到的阻力。这需要考虑物体形状、流体性质、速度等因素。数值模拟使用计算流体力学（CFD）软件模拟流体流动，获得物体周围的压力分布，从而计算阻力。CFD方法能处理复杂形状和流动条件。实验测量通过风洞实验或水洞实验直接测量物体所受到的阻力。实验方法能提供更准确的阻力数据，但成本较高。湍流边界层的形成1层流流动流动平稳，流体层之间相互平行移动2过渡区流速加快，层流转变为湍流3湍流流动流体层之间相互混合，流动不规则湍流边界层形成的过程由层流流动到湍流流动过渡。在流速较低时，流体层之间保持平稳，形成层流流动。当流速增加时，流体层之间的剪切力增大，导致层流转变为湍流，形成湍