0空气动力学课件
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《风力机空气动力学》课件
介绍风力机的不同分类及其发展过程。
二、空气动力学理论
1
风力机的升力和阻力
2
探讨风力机叶片是如何产生升力和阻
力的。
3
风力机的效率和功率公式
4
讨论风力机的效率和如何计算出风力 机的功率。
风力机的叶片表面压力分布
讲解风力机叶片表面压力如何随风速 变化。
风力机的气动力矩
介绍风力机在转动过程中所受到的气 动力矩。
风力机的多目标优化设 计方法
介绍风力机优化设计中常用的 多目标优化方法。
风力机的材料和制造工艺
讲解风力机材料的选择和制造 工艺的重要性。
五、未来发展方向
1 未来风力机的设计和发展趋势
探讨风力机在未来可能的设计和发展方向。
2 风力发电在新能源领域中的地位和前景
介绍风力发电在新能源领域中的重要性和潜在前景。
3 风力机的可持续发展和环境影响问题
讨论风力机的可持续发展性和对环境的影响问题。
六、总结
风力机空气动力学 知识的重要性和应 用
总结风力机空气动力学知识 在实际应用中的重要性。
风力机的未来发展 和挑战
讨论风力机在未来可能面临 的发展和挑战。
风力机行业的职业 发展和就业前景
探讨从事风力机行业的职业 发展和就业前景。
《风力机空气动力学》 PPT课件
这是一份关于风力机空气动力学的课件，介绍了风力机的工作原理、空气动 力学理论、风洞实验、优化设计以及未来发展方向等内容。
一、介绍
什么是风力机空气动力学
解释风力机空气动力学的定义和重要性。
风力机的基本结构和工作原理
描述风力机的基本构成和如何转换风能为电能。
风力机的分类和发展历程
三、风力机风洞实验
二、空气动力学理论
1
风力机的升力和阻力
2
探讨风力机叶片是如何产生升力和阻
力的。
3
风力机的效率和功率公式
4
讨论风力机的效率和如何计算出风力 机的功率。
风力机的叶片表面压力分布
讲解风力机叶片表面压力如何随风速 变化。
风力机的气动力矩
介绍风力机在转动过程中所受到的气 动力矩。
风力机的多目标优化设 计方法
介绍风力机优化设计中常用的 多目标优化方法。
风力机的材料和制造工艺
讲解风力机材料的选择和制造 工艺的重要性。
五、未来发展方向
1 未来风力机的设计和发展趋势
探讨风力机在未来可能的设计和发展方向。
2 风力发电在新能源领域中的地位和前景
介绍风力发电在新能源领域中的重要性和潜在前景。
3 风力机的可持续发展和环境影响问题
讨论风力机的可持续发展性和对环境的影响问题。
六、总结
风力机空气动力学 知识的重要性和应 用
总结风力机空气动力学知识 在实际应用中的重要性。
风力机的未来发展 和挑战
讨论风力机在未来可能面临 的发展和挑战。
风力机行业的职业 发展和就业前景
探讨从事风力机行业的职业 发展和就业前景。
《风力机空气动力学》 PPT课件
这是一份关于风力机空气动力学的课件，介绍了风力机的工作原理、空气动 力学理论、风洞实验、优化设计以及未来发展方向等内容。
一、介绍
什么是风力机空气动力学
解释风力机空气动力学的定义和重要性。
风力机的基本结构和工作原理
描述风力机的基本构成和如何转换风能为电能。
风力机的分类和发展历程
三、风力机风洞实验
空气动力学与飞行原理课件：大气的基本知识、大气特性
一、 二、 三、 四、
大气压力
大气压力的度量 海拔高度对大气压力、飞机性能 的影响 空气密度差异的影响
18
壹 目录页
一、
大气压力
二、
大气压力的度量
三、 四、
海拔高度对大气压力、飞机性能 的影响
空气密度差异的影响
19
第二节
大气的基本知识
地球表面有一层厚厚的大气层， 由于地球引力的作用，大气被“吸” 向地球，虽然空气很轻，但仍有质 量，有了质量就产生了力，它作用 于物体的效果就是压力。著名的马 德堡半球实验就证明了大气压的存 在。可以说，大气压力是地球引力 作用的结果。
（四） 热层
（五） 散逸层
又称逃逸层、外大气层，是地球大气的最外层，位于热层之上。那里的空气 极其稀薄，同时又远离地面，受地球的引力作用较小，因而大气分子不断地向星 际空间逃逸。航天器脱离这一层后便进入太空飞行。
16
空气动力学与飞行原理
无人机与大气基本知识 大气特性
LOGO 17
第三节
目录页
学 习 大 纲
24
叁 海拔高度对大气压力、飞机性能的影响
随着海拔升高，空气变得稀薄，大气压力也随之降低。一般来说，高度每 增加1000ft,大气压力就会降低1mmHg。分布于全球的气象站，为了提供一个 记录和报告的标准，都会按照海拔高度每增加1000m就近似增加1mmHg的规 则将当地大气压转化为海平面压力。使用公共的海平面压力读数可以确保基于 当前压力读数的飞机高度计的设定是准确的。
气压随高度的变化
1
在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重力，随着 高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小，气柱重力也就越来越小。
空气动力学基础02空气动力学ppt精选课件
定常流
如果流体微团流过时的流动参数——速度、压力、温度、密 度等不随时间变化，这种流动就称为定常流，这种流场被称 为定常流场。
.
2.1.4 流线、流线谱、流管和流量
流线和流线谱
在定常流动中，空气微团流过的路线（轨迹）叫作流线。 由许多流线所组成的图形，叫做流线谱。 一般情况下流线不能相交。因此，由许多流线所围成的管子
机翼下表面的气流速度要减小，小于前方气流的速度，同时 ，静压要上升，高于前方气流的大气压力。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
.
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
.
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
连续介质
组成介质的物质连成一片，内部没有任何空隙。
在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成 ，微团表现出来的特性体现了众多分子的共同特性。
微小的局部也可代表整体
.
2.1.3 流场、定常流和非定常流
流场
流体流动所占据的空间。
非定常流
在流扬中的任何一点处，如果流体做困流过时的流动多数随 时间变化，称为非定常流；这种流场被称为非定常流场。
机身长度Lah 最大当量直径Dah 长细比λah =Lah/Dah
.
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.4.1 空气动力、升力和阻力 2.4.2 升力的产生 2.4.3 阻力 2.4.4 升力和阻力 2.4.5 升力系数曲线、阻力系数曲线和升阻比曲线、极
曲线 2.4.6 机翼的压力中心和焦点(空气动力中心)
如果流体微团流过时的流动参数——速度、压力、温度、密 度等不随时间变化，这种流动就称为定常流，这种流场被称 为定常流场。
.
2.1.4 流线、流线谱、流管和流量
流线和流线谱
在定常流动中，空气微团流过的路线（轨迹）叫作流线。 由许多流线所组成的图形，叫做流线谱。 一般情况下流线不能相交。因此，由许多流线所围成的管子
机翼下表面的气流速度要减小，小于前方气流的速度，同时 ，静压要上升，高于前方气流的大气压力。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
.
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
.
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
连续介质
组成介质的物质连成一片，内部没有任何空隙。
在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成 ，微团表现出来的特性体现了众多分子的共同特性。
微小的局部也可代表整体
.
2.1.3 流场、定常流和非定常流
流场
流体流动所占据的空间。
非定常流
在流扬中的任何一点处，如果流体做困流过时的流动多数随 时间变化，称为非定常流；这种流场被称为非定常流场。
机身长度Lah 最大当量直径Dah 长细比λah =Lah/Dah
.
2.4 作用在飞机上的空气动力
2.4.1 空气动力、升力和阻力 2.4.2 升力的产生 2.4.3 阻力 2.4.4 升力和阻力 2.4.5 升力系数曲线、阻力系数曲线和升阻比曲线、极
曲线 2.4.6 机翼的压力中心和焦点(空气动力中心)
《空气动力学》课件
1
喷管内的空气动力学基础
2
探索喷管中的气流加速和压力变化，为喷
气发动机和火箭的设计提供基础。
3
燃烧室内的空气动力学基础
研究燃烧室内的空气流动特性和压力分布， 为燃烧过程的优化提供依据。
空气动力学基本方程
介绍流体力学和空气动力学的基本方程， 包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等等。
空气动力学应用
飞机机翼的空气动力 学
《空气动力学》PPT课件
空气动力学是研究物体在气流中运动的科学。探索空气动力学的基本概念、 应用领域以及对飞机和汽车等工业的重要性。
概述
空气动力学概述
了解空气动力学的定义和基本原理，包括流体 力学和空气动力学的关系。
应用领域
探索空气动力学在航空、汽车、火箭和建筑设 计等领域中的应用。
空气动力学基础
2 空气动力学现象的研究方法
探索研究空气动力学现象的实验和数值模拟方法。
3 毒性风险的影响因素
讨论空气动力学现象对毒性风险的影响因素，包括气流速度、颗粒物浓度和颗粒物分布测量
介绍测量汽车表面压力分布的实验方法和仪器。
2
汽车空气阻力的计算
探索计算汽车空气阻力的数值模拟方法和常用公式。
分析机翼的气流分布和升力产 生，探索如何优化飞机的机翼 设计。
空气动力学在航空工 业中的应用
探索空气动力学在飞机设计和 性能提升中的重要性。
空气动力学在汽车工 业中的应用
研究汽车的空气阻力和流线型 设计对燃油效率和驾驶体验的 影响。
空气动力学现象
1 空气动力学现象的分类
介绍不同类型的空气动力学现象，如升力、阻力、卡门涡街等。
3
汽车空气动力学在车身设计中的应用
研究空气动力学在改善汽车操控性、燃油效率和安全性方面的应用。
空气动力学ppt课件
压缩减速
膨胀加速
超音速气流
尾激波
压缩减速
音爆 激波面上声学能量高度集中，这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。
冲压发动机
亚燃冲压发动机 3<Ma<6
进气道及扩压段 斜激波及正激波
气流增压至亚音速
燃烧室 燃烧
拉伐尔喷管 气流超音速喷出
推力
超燃冲压发动机
进气道/斜激波 气流增压且超音速
隔离段 附面层诱导激波串
压强脉动形成声波 辐射声波
龙卷风 积雨云中大范围分布的涡量
由下降气流带到地面 涡管拉细/涡量增强 地面气压急剧下降/风速急剧上升
森林空气动力学 建筑物空气动力学
树木风阻∝风速：种植方式避免风害 风阻树冠/树叶： 树叶在高速风中结构变形 种子传播：繁衍规律、仿生力学
高/矮建筑物间涡流：风速大于普通布局的3-4倍 建筑物迎背风面： 背风面低压吸力效应 斜屋顶：倾斜角较小吸力效应屋顶掀翻
宏观运动规律 不考虑微观结构
100km以下
伯动努 量利 守方 恒程DVr Rrp
Dt
忽略空气质量 定常流动 忽略黏性/理想流体 不可压流体
p V2 const
2
Dvx Dt
Rx1px1x2vxx 2 3Vr1yvyx vxy 1zvzx
空气动力学
绪论及基本概念、知识
空气与气体动力学的任务、研究方法及发展
流体力学
流体静力学 流体动力学
液体
水力学 理论流体动力学 润滑理论
气体 无黏流动 黏性流动
变化小
变化大
不可压缩低速
空气动力学 高度或低压影响
高速影响
动力气象学 稀薄气体动力学
气体动力学 亚/跨/超声速空气动力学 高超声速空气动力学 电磁流体动力学
膨胀加速
超音速气流
尾激波
压缩减速
音爆 激波面上声学能量高度集中，这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。
冲压发动机
亚燃冲压发动机 3<Ma<6
进气道及扩压段 斜激波及正激波
气流增压至亚音速
燃烧室 燃烧
拉伐尔喷管 气流超音速喷出
推力
超燃冲压发动机
进气道/斜激波 气流增压且超音速
隔离段 附面层诱导激波串
压强脉动形成声波 辐射声波
龙卷风 积雨云中大范围分布的涡量
由下降气流带到地面 涡管拉细/涡量增强 地面气压急剧下降/风速急剧上升
森林空气动力学 建筑物空气动力学
树木风阻∝风速：种植方式避免风害 风阻树冠/树叶： 树叶在高速风中结构变形 种子传播：繁衍规律、仿生力学
高/矮建筑物间涡流：风速大于普通布局的3-4倍 建筑物迎背风面： 背风面低压吸力效应 斜屋顶：倾斜角较小吸力效应屋顶掀翻
宏观运动规律 不考虑微观结构
100km以下
伯动努 量利 守方 恒程DVr Rrp
Dt
忽略空气质量 定常流动 忽略黏性/理想流体 不可压流体
p V2 const
2
Dvx Dt
Rx1px1x2vxx 2 3Vr1yvyx vxy 1zvzx
空气动力学
绪论及基本概念、知识
空气与气体动力学的任务、研究方法及发展
流体力学
流体静力学 流体动力学
液体
水力学 理论流体动力学 润滑理论
气体 无黏流动 黏性流动
变化小
变化大
不可压缩低速
空气动力学 高度或低压影响
高速影响
动力气象学 稀薄气体动力学
气体动力学 亚/跨/超声速空气动力学 高超声速空气动力学 电磁流体动力学
空气动力学课件
2
N-S方程的解算
理论解法
–非线性问题 –精确解的限制 –初边值条件的适定性 –物理模型 (粘性、热力学模型、 …) –优缺点的比较
N-S方程的解算
计算流体力学 (CFD)
–网格化的流场就是一个离散的世界
J.D. Anderson, “Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications”, McGraw-Hill, 1995
积分形式的连续方程
dV V dS 0 S t V V [ t ( V )]dV 0
微分形式的连续方程 ( V ) 0
t
连续方程
定常流动
( V ) 0
S
V dS 0
u sin / r v cos / r
Vr u cos v sin 0 1 V u sin v cos r 1 Irrotational flow? z V r 0 r V rV r 2 V dl V rd 2
旋度
V
z
v u x y
无旋流
有旋流
From M. van Dyke’s “An album of fluid motion” Video?
角变形率
角变形
2 (1 )
角变形率
xy
d v u dt x y
流线之间的质量流量
c2 c1
d V lim n 0 n dn
《空气动力学》课件
未来挑战与机遇
环境保护需求
新能源利用
随着环境保护意识的提高，对空气污 染和气候变化的研究需求增加，这为 空气动力学带来了新的挑战和机遇。
新能源的利用涉及到流动、传热和燃 烧等多个方面，需要空气动力学与其 他学科合作，共同解决相关问题。
航空航天发展
航空航天领域的发展对空气动力学提 出了更高的要求，需要不断改进和完 善现有技术，以满足更高性能和安全 性的需求。
04
翼型与机翼空气动力学
翼型空气动力学
翼型概述
翼型分类
翼型是机翼的基本截面形状，具有特定的 弯度和厚度。
根据弯度和厚度的不同，翼型可分为超临 界、亚音速和超音速翼型等。
翼型设计
翼型与升力
翼型设计需考虑气动性能、结构强度和稳 定性等多个因素。
翼型通过产生升力使飞机得以升空。
机翼空气动力学
01
机翼结构
课程目标
掌握空气动力学的基本概 念和原理。
提高分析和解决实际问题 的能力。
了解空气动力学在各领域 的应用和发展趋势。
培养学生对空气动力学的 兴趣和热爱。
02
空气动力学基础
流体特性
01
02
03
04
连续性
流体被视为连续介质，由无数 微小粒子组成，彼此之间存在
相对运动。
可压缩性
流体的密度会随着压力和温度 的变化而变化。
《空气动力学》PPT课件
目 录
• 引言 • 空气动力学基础 • 流体动力学 • 翼型与机翼空气动力学 • 空气动力学应用 • 未来发展与挑战
01
引言
主题介绍
空气动力学：一门研 究空气运动规律和空 气与物体相互作用的 科学。
课件内容涵盖了基础 理论、应用实例和实 验演示等方面。
空气动力学基础 ppt课件
① 理想流体，不考虑流体粘性的影响。 ② 不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma<0.4。 ③ 绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma<0.4。
第二章 第 5 页
空气动力学基础
相对气流方向
自然风方向
运动方向
第二章 第 6 页
●空气动力学基础
只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。
第二章 第 7 页
●空气动力学基础
直流式风洞
第二章 第 8 页
回流式风洞
●空气动力学基础
第二章 第 9 页
●空气动力学基础
第二章 第 10 页
空气动力学基础
迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。
第二章 第 11 页
●空气动力学基础
第二章 第 12 页
●空气动力学基础
平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞 行状态中，则不可以采用这种判断方式。
第二章 第 21 页
空气动力学基础
流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的 流体质量相等。
质量守恒定律是连续性定理的基础。
第二章 第 22 页
●空气动力学基 础
1
A1,v1
2 A2,v2
单位时间内流过截面1的流体体积为 v 1 A 1
单位时间内流过截面1的流体质量为1 v1 A1
同理，单位时间内流过截面2的流体质量为 2 v2 A2
P0
—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为， 气流速度减小到零之点的静压。
第二章 第 27 页
●空气动力学基础 同一流线： 总压保持不变。 动压越大，静压越小。 流速为零的静压即为总压。
第二章 第 28 页
●空气动力学基础 同一流管： 截面积大，流速小，压力大。 截面积小，流速大，压力小。
第二章 第 5 页
空气动力学基础
相对气流方向
自然风方向
运动方向
第二章 第 6 页
●空气动力学基础
只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。
第二章 第 7 页
●空气动力学基础
直流式风洞
第二章 第 8 页
回流式风洞
●空气动力学基础
第二章 第 9 页
●空气动力学基础
第二章 第 10 页
空气动力学基础
迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。
第二章 第 11 页
●空气动力学基础
第二章 第 12 页
●空气动力学基础
平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞 行状态中，则不可以采用这种判断方式。
第二章 第 21 页
空气动力学基础
流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的 流体质量相等。
质量守恒定律是连续性定理的基础。
第二章 第 22 页
●空气动力学基 础
1
A1,v1
2 A2,v2
单位时间内流过截面1的流体体积为 v 1 A 1
单位时间内流过截面1的流体质量为1 v1 A1
同理，单位时间内流过截面2的流体质量为 2 v2 A2
P0
—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为， 气流速度减小到零之点的静压。
第二章 第 27 页
●空气动力学基础 同一流线： 总压保持不变。 动压越大，静压越小。 流速为零的静压即为总压。
第二章 第 28 页
●空气动力学基础 同一流管： 截面积大，流速小，压力大。 截面积小，流速大，压力小。
空气动力学基础第0章
• 这13项技术， 都与力学相关
•而直接与空气 动力学相关的就 有10项。
14
第0章 绪论
§0-1 空气动力学问题的概述 §0-2 空气动力学发展概述 §0-3 空气动力学分类 §0-4 飞行器的气动问题 §0-5 空气动力学研究方法 §0-6 未来飞行器的气动问题
15 15
概论
§0-2空气动力学的发展概述
40
谢谢！
19
概论
§0-2空气动力学的发展概述
19世纪末，理论与实验流体力学开始结合，此期间的重 大进展还有：
雷诺（O.Reynolds，1842 －1912，爱尔兰） 发现了两种流动状态。
瑞利（J.Rayleigh， 1842－1919，英国） 建议采用量纲分析法。
20
概论
§0-2空气动力学的发展概述
19世纪是流体动力学的基础理论全面发展的阶段，法国工程 师纳维（L.Navier）和爱尔兰数学家斯托克斯（G.Stokes） 建立了黏性流体（N-S）运动方程。
Oville Wright （1871~1948）
26
概论
§0-2空气动力学的发展概述
F-15 协和
幻影2000
A380
27
概论
§0-2空气动力学的发展概述
客机托运航天飞机
无人机
美国发现号航天飞机
美国空军X-37B空天飞机
28
0-2空气动力学的发展概述
空气动力学大事件
19世纪
•Poisson：1826年解决了空间流动——绕球的无旋流动问题。 •Laplace：1827年提出著名的拉普拉斯方程。 •Rankine：1868～1887年指出理想不可压流运动的位函数和 流函数，提出流动的叠加原理。和雨果纳建立了激波前后的p、 v和T之间的关系。 •Helmhoicz：1868年创立了旋涡运动理论。 •Navier和Stokes：1826～1845年导出黏性流体运动方程。 •Reynolds：1876～1895年通过试验发现了流体层流和紊流的 性质，推导出雷诺平均N-S方程。
西工大空气动力学PPT课件第一章
3 气体的压缩性、粘性和热传导
压缩性（弹性）
在一定温度条件下，一定质量气体的 体积或密度随压强变化而变化的特性
度量气体压缩性大小用体积弹性模数E 各种物质的弹性模量是不同的，所以它们的压缩性也不同。
如水的弹性模量为 2.1×109 N / m2
−4 当压强增大一个大气压时密度变化 0.5 × 10
px = p y = pz = p
P
Px
dy
n
X o dx A
dz
结论 理想流体内一点处的压强与受压面 方位无关，方向垂直指向作用面。 压强仅是空间坐标的连续函数。
△ABC的面积ds
z C
Py
流体微团四面体和压强
2 流体的密度、压强和温度
完全气体的状态方程 分子是完全弹性的 忽略内聚力 忽略分子微粒的实有总体积
流动性弱
将固体、液体 和气体放在一 密闭的容器当 中，会有什么 现象？
1
连续介质假设
微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得 微观上：流体分子距离的存在以及分子运动的随机性使得 流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。 流体的各物理量在时间和空间上的分布都是不连续的。
空气动力学研究对象（飞行器）的特 征尺寸远大于流体分子平均自由程
低层大气层
高温层：85~500Km
高层大气层
电离层
外层大气：>500Km
5 标准大气
大气的分层
•普通飞机主要在对流层和平流层飞行，约39Km左右。 •探测气球：44Km左右 •定点通讯卫星约35000Km •航天飞行器几百Km
5 标准大气
海平面上的标准值
Ta = 288.15 K pa = 101325 N / m 2
相关主题
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作用在物面上的气动力与力矩是物面静 压力与剪切应力的合成结果
笛卡尔坐标系下的情况
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E.L. Houghton & P.W. Carpenter,
Aerodynamics for Engineering Students G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid
Dynamics D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics /
dyl dx
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A'
TE
LE ( pu
dyu dx
pl
dyl dx
)dx
TE
LE ( u l )dx
问题：L’与 D’如何表达？
无量纲化
动压
q
1 2
V2
气动力系数
CF
F q S
力矩系数
CM
M q Sl
无量纲化
压强系数
Cp
p p q
摩擦应力系数
C f q
cn
1 c
[
密度 Density 压强 Pressure 温度 Temperature 速度 Velocity
流体的密度
流体微团 在连续介质的前提下流场中任取一点B
dv 微团体积 dm 微团质量
其密度为 lim dm dv0 dv
流体的压强
气体分子在碰撞或穿过取定的表面时， 单位面积上所产生的法向力
Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749 - 1827)
流体力学发展概述（1800- ）
William John Macquorn Rankine (1820–1872) Potential/flow function Singular method/shock relations
流体力学的基本任务
研究对象：流体和固体间的相对运动 探寻流体运动的基本规律 研究流体与固体之间的相互作用
应用流体力学规律解决工程技术问题 预测流体力学新的发展方向
应用领域
飞行器、船舶设计 建筑设计、土木工程 热能工程、传热学 热化学流体力学 生物流体力学 磁流体力学
主要研究方法
dA 微团面积元的大小
dF dA一侧的法向力
该点压强为 p lim dF dA0 dA
流体的温度
气体温度T 的热力学意义
KE 3 kT 2
KE 气体分子平均动能 k Boltzmann常数
高温气体的分子和原子高速随机碰撞， 而在低温气体中，分子随机运动相对缓 慢些
流体的速度
不同于刚体力学的概念 流体在空间中某点B 的速度就是流体微
理论分析方法
流动的模型化——问题的抽象表达
找出主要因素，忽略次要因素
控制方程的建立与解算 后处理和分析 未计及因素的修正 有助于揭示问题的内在规律 仅适用于简单问题
数值计算方法
求解方法多样化
有限差分(FDM)、有限元(FEM)、有限体积 方法(FVM)、谱方法
对常规问题耗费相对较小 可用于解算复杂流场的流动 精度、稳定性、模型合理化
元通过点B 时的速度
B Fluid element
A Streamline
完全气体状态方程
一般气体状态方程
p p(,T )
完全气体
分子间作用力忽略不计 假设分子间仅存在完全弹性碰撞且只有在碰撞时才
发生作用 微粒的实有总体积和气体所占空间相比忽略不计
完全气体状态方程：
p RT
流体的压缩性
梯度
p p
p
dp dl
•
el
max
en N
M
el
p
P
方向导数 全微分
流体力学
Fluid Mechanics
第一部分 张震宇
南京航空航天大学 航空宇航学院
简介
空气动力学 (Aerodynamics) 课程类别 ：必修课 面对航空类本科生的专业基础课程 42学时
第一部分课程结构
预备知识
偏微分方程、微积分、矢量分析、场论 守恒律、热力学定律
基本原理
空气动力学、流体力学
钱学森(1911- )
流体介质的物理特性
连续介质假设 流体的密度、压强和温度 完全气体状态方程 压缩性、粘性和传热性 流体的模型化
连续介质假设
分子平均自由程 自由分子流/非连续流动 低密度流动 连续流动 continnum flow (l<<L) 连续介质假设
流动相关的物理量
流体的粘性
空气粘柱实验模型 （卧式转盘）
n v
v
A
A
空气粘性实验
流体的粘性
流体的热传导特性
Fourier公式
单位时间内通过单位面积所传递的热量与沿 热流方向的温度梯度成正比
q T
n
导热系数
流体流动的不同范畴
Mach数
亚、跨、超、高超音速
可压缩性
不可压、可压
粘性
无粘、有粘
无粘不可压流动
Bernoulli 方程、位流理论、基本解、K-J定理
无粘可压流动
热力学定律、等熵流动、激波理论、高速管流
第二部分课程结构（此处从略）
低速翼型理论
几何特点、K-J后缘条件、薄翼型理论
低速机翼气动特性
B-S定律、升力线（面）理论
亚音速空气动力学
小扰动线化理论、薄翼型（机翼）气动特性
流体力学发展概述（1800- ）
Osborne Reynolds (1842–1912)
Nikolai Y. Zhukovsky (1847 –1921) K-J theorem
流体力学发展概述（1800- ）
Martin Wilhelm Kutta (1867-1944)
Ludwig Prandtl (1875 –1953)
流体力学发展概述（-1800）
Daniel I. Bernoulli (1700-1782)
流体力学发展概述（-1800）
Leonhard Paul Euler (1707-1783)
Jean le Rond d'Alembert (1717 –1783)
流体力学发展概述（1800- ）
Siméon-Denis Poisson (1781 –1840)
TE
TE
A' LE ( pu sin u cos )dsu LE ( pl sin l cos )dsl
体轴系下的气动力矩
dM
' u
[(
pu
cos
u
sin
)x
(
pu
sin
u
cos
)y]dsu
dM
' l
[( pl
cos
l
sin
)x
(
pl
sin
l
cos )y]dsl
M'
TE LE
超音速空气动力学
薄翼型线化理论、跨音速流动、高超音速流动
计算流体力学（CFD）
网格生成、控制方程解算
背景阅读
徐华舫，《空气动力学基础》，北航版
H. Schlichting, Boundary layer theory J.D. Anderson, Introduction to Flight
压缩性 体积弹性模量
E dp dV /V
一定质量的气体，体积与密度成反比
d dV V
E dp d
流体的粘性
流体分子的不规则热运动
质量和动量的交换
牛顿粘性定律
u
n
流体的粘性
运动粘性系数 kinematic viscosity
适用于空气的萨特兰公式
T 1.5 288.15 C 0 288.15 T C
0 const
0
0 t
作用于航空器上的气动力
作用于航空器上的气动力
翼型族
翼型族
作用于翼型上的气动力
p
V
x0
不同坐标系下的气动力
升力与阻力 轴向力与法向力
L N cos Asin D N sin Acos
V
问题：迎角何时为正？
体轴系下的气动力
Figure 1.11 in Anderson’s Fundamentals of Aerodynamics, 3rd Ed.
dyl dx
C
f
,u
dyu dx
) xdx
c
0 (C p,u
dyu dx
C f ,u ) yudx
c
0 (C p,l
dyl dx
C f ,l ) yldx]
cl cn cos ca sin cd cn sin ca cos
计算流体力学的一般解决步骤
物体外形 CFD解算 其它后处理
实验研究 理论分析 数值计算
实验设备
风洞 wind tunnel
水洞 water tank
激波管 shock tube
实验测试技术
机械 光、电、声、热
流动显示技术
实验研究方法
实验结果较为真实、直接、可靠 限制因素
模型尺寸限制 实验边界的影响 测量过程的干扰 大量的人力和物力耗费
几何数据 Cp、Cf分布 气动力、力矩
压力中心
气动合力的作用点在哪里？