体验阻力-流动阻力与计算：绕物动力及减阻.ppt

,工程流体力学,流体流动阻力,4. 体验阻力,流体流动阻力,（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）,F,D,G,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 PaS，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 px0 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。,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),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,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,飞机的