空气动力学课件
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《空气动力学》大气物理学 ppt课件
ppt课件
31
水平风
零度
水平风
同温层
20km 11km
ppt课件
32
中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。
空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。
空气在垂直方向有强烈的运动。
电离层(热层)的特点
中间层以上到离地面800公里左右就是电离层。
空气处于高度的电离状态，带有很强的导电性， 能吸收、反射和折射无线电波。
同温层之上随着高度的增加，温度逐步升高，直到顶 部温度升高到00C左右。
在平流层中，空气只有水平方向的流动。空气稀薄， 几乎没有水蒸汽，故没有雷雨等现象，故得名为平流 层。空气质量占整个大气的四分之一不到。
大气能见度好，气流平稳，空气阻力小，对飞行有利。 现代喷气式客机多在11-12km的平流层底层（巡航）飞 行。
ppt课件
22
1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数ppt随课件温度变化情况
23
1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度的特 性。
流体的可压缩性用单位压强所引起的体积变化率表示。即 在相同压力变化量的作用下，密度（或体积）的变化量越 大的物质，可压缩性就越大。
105 (千克/ 米秒)
1.780 1.749 1.717 1.684 1.652 1.619 1.586 1.552 1.517 1.482 1.447 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.912 2.047 1.667
《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。
空气动力学课件-第1章 翼型资料
yf f 2 [( 1 2 p ) 2 px x ] 2 (1 p)
x p
x p
式中，p为弧线最高点的弦向位置。中弧线最高点的高度 f（即弯度）和该点的弦向位置都是人为规定的。给f和p 及厚度c以一系列的值便得翼型族。
§1.1 翼型的几何参数及其发展
其中第一位数代表f，是弦长的百分数；第二位数代表p，是弦长的十 分数；最后两位数代表厚度，是弦长的百分数。例如NACA 0012是一 个无弯度、厚12%的对称翼型。有现成实验数据的NACA四位数翼族 的翼型有6%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、21%、24%
CL (C pl C pu ) cosdx
0
1
C pu
Pu P Pl P , C pl 1 1 2 V V 2 2 2
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
（1）在升力系数随迎角的变化曲线中，CL在一定迎角范围 内是直线，这条直线的斜率记为
随时间的发展翼面上边界层形成下翼面气流绕过后缘时将形成很大的速度压力很低从后缘点到后驻点存在大的逆压梯度造成边界层分离从而产生一个逆时针的环量称为起动1414儒可夫斯基后缘条件及环量的确定儒可夫斯基后缘条件及环量的确定3起动涡离开翼缘随气流流向下游封闭流体线也随气流运动但始终包围翼型和起动涡根据涡量保持定律必然绕翼型存在一个反时针的速度环量使得绕封闭流体线的总环量为零
在飞机的各种飞行状态下，机翼是飞机承受升力的主要 部件，而立尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动 部件。一般飞机都有对称面，如果平行于对称面在机翼 展向任意位置切一刀，切下来的机翼剖面称作为翼剖面 或翼型。翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分，其直接 影响到飞机的气动性能和飞行品质。
x p
x p
式中，p为弧线最高点的弦向位置。中弧线最高点的高度 f（即弯度）和该点的弦向位置都是人为规定的。给f和p 及厚度c以一系列的值便得翼型族。
§1.1 翼型的几何参数及其发展
其中第一位数代表f，是弦长的百分数；第二位数代表p，是弦长的十 分数；最后两位数代表厚度，是弦长的百分数。例如NACA 0012是一 个无弯度、厚12%的对称翼型。有现成实验数据的NACA四位数翼族 的翼型有6%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、21%、24%
CL (C pl C pu ) cosdx
0
1
C pu
Pu P Pl P , C pl 1 1 2 V V 2 2 2
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
§ 1.3 低速翼型的低速气动特性概述
（1）在升力系数随迎角的变化曲线中，CL在一定迎角范围 内是直线，这条直线的斜率记为
随时间的发展翼面上边界层形成下翼面气流绕过后缘时将形成很大的速度压力很低从后缘点到后驻点存在大的逆压梯度造成边界层分离从而产生一个逆时针的环量称为起动1414儒可夫斯基后缘条件及环量的确定儒可夫斯基后缘条件及环量的确定3起动涡离开翼缘随气流流向下游封闭流体线也随气流运动但始终包围翼型和起动涡根据涡量保持定律必然绕翼型存在一个反时针的速度环量使得绕封闭流体线的总环量为零
在飞机的各种飞行状态下，机翼是飞机承受升力的主要 部件，而立尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动 部件。一般飞机都有对称面，如果平行于对称面在机翼 展向任意位置切一刀，切下来的机翼剖面称作为翼剖面 或翼型。翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分，其直接 影响到飞机的气动性能和飞行品质。
(精品)空气动力学(全套1082页PPT课件)
雷诺（OsborneReynolds， 1842~1921），英国工程师兼物理学家， 维多利亚大学（在曼彻斯特市）教授。
录像\第0章\turbulent_laminarcombo.avi
0.3 空气动力学的发展进程简介
1904年普朗特提出了边界层理论，是 现代流体力学的里程碑论文。
在1910年-1920年期间，其主要精力 转到低速翼型和机翼绕流问题，提出著 名的有限展长机翼的升力线理论和升力 面理论。
陆士嘉长期从事空气动力学和航空工程的 研究和教学工作，倡导漩涡、分离流和湍流 结构的研究。
0.3 空气动力学的发展进程简介
儒可夫斯基简介 儒可夫斯基（Joukowski，
1847～1921），俄国数学家和空气 动力学家，科学院院士。1868年毕 业于莫斯科大学物理系，1886年起 历任莫斯科大学和莫斯科高等技术 学校教授，直至1921去世，一直在 这两所学校工作。
0.3 空气动力学的发展进程简介
• 钱学森（1911-2009） 1938年，他在导师冯卡门指导下，获
得博士学位，1947年任麻省理工学院终 身教授，1955年回国。
钱学森的主要贡献集中在跨、超声速 空气动力学方面。1946年他在一篇重要 的学术论文中首创了Hypersonic（高超 声速）一词，并提出了高超声速相似律。
的建立，流体力学和空气动力学才逐步迈 入理性研究和持续发展的阶段。
0.3 空气动力学的发展进程简介
微积分问世后，流体成为数学家们应用微 积分的最佳领域。
1738年伯努利出版了“流体力学”一书， 将微积分方法引进流体力学中，建立了分 析流体力学的理论体系，提出无粘流动流 速和压强的关系式，即Bernoulli能量方程。
0.2 空气动力学的研究对象
录像\第0章\turbulent_laminarcombo.avi
0.3 空气动力学的发展进程简介
1904年普朗特提出了边界层理论，是 现代流体力学的里程碑论文。
在1910年-1920年期间，其主要精力 转到低速翼型和机翼绕流问题，提出著 名的有限展长机翼的升力线理论和升力 面理论。
陆士嘉长期从事空气动力学和航空工程的 研究和教学工作，倡导漩涡、分离流和湍流 结构的研究。
0.3 空气动力学的发展进程简介
儒可夫斯基简介 儒可夫斯基（Joukowski，
1847～1921），俄国数学家和空气 动力学家，科学院院士。1868年毕 业于莫斯科大学物理系，1886年起 历任莫斯科大学和莫斯科高等技术 学校教授，直至1921去世，一直在 这两所学校工作。
0.3 空气动力学的发展进程简介
• 钱学森（1911-2009） 1938年，他在导师冯卡门指导下，获
得博士学位，1947年任麻省理工学院终 身教授，1955年回国。
钱学森的主要贡献集中在跨、超声速 空气动力学方面。1946年他在一篇重要 的学术论文中首创了Hypersonic（高超 声速）一词，并提出了高超声速相似律。
的建立，流体力学和空气动力学才逐步迈 入理性研究和持续发展的阶段。
0.3 空气动力学的发展进程简介
微积分问世后，流体成为数学家们应用微 积分的最佳领域。
1738年伯努利出版了“流体力学”一书， 将微积分方法引进流体力学中，建立了分 析流体力学的理论体系，提出无粘流动流 速和压强的关系式，即Bernoulli能量方程。
0.2 空气动力学的研究对象
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。
空气动力学课件
意义：在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体 上的质量力与静压强的合力相平衡
适用范围：可压缩、不可压缩流体
静止、相对静止状态流体
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
◆
压力差公式
1 p fy 0 y
1 p fx 0 x
1 p fz 0 z
上式中(1)×dx +(2)×dy +(3)×dz得
p p p dx dy dz f x dx f y dy f z dz x y z
等式左面为p=p（x,y,z）的全微分式，即dp
dp f x dx f y dy f z dz
压力差公式
表示在密度为 的流体中，空间点沿单位质量力的方向变 化分别是dx，dy，dz时，流体压强的变化为dp。
流体力学
流体静力学
流体静力学是研究流体处于平衡状态时的规律及其 在工程的应用。 平衡状态：绝对平衡 相对平衡
绝对平衡：流体相对于地球无相对运动，称为重力 场中的绝对平衡（绝对静止）。 相对平衡：流体相对于运动容器无相对运动，称为 相对平衡（相对静止）。 特点：各流体质点间不存在相对运动，流体表现不 出黏性作用。
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
等压面 在流体中压强相等的点组成的面
dp 0
微分形式的等压面方程
f x dx f y dy f z dz 0
性质：在静止流体中，作用于任意点的质量力垂直于 经过该点的等压面
写成矢量形式
f dl f x dx f y dy f z dz 0
例题2： 如图所示，电厂除氧器中的水温为110摄氏度，绝对压强 p0=232KPa，密度=950kg/m3.除氧气水面与给水泵入口的高 度差为20m，当地大气压为101 KPa，给水泵处于热备用状态，
飞机的飞行原理--空气动力学基本知识 ppt课件
PPT课件 21
4、电离层（暖层、热层）
电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
PPT课件 16
对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
PPT课件 17
4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。
4、电离层（暖层、热层）
电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
PPT课件 16
对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
PPT课件 17
4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。
空气动力学课件.
差分网格
x
tn+1 tn tn-1 xj-1 xj
xj,tn
离散介质模型 离散自变量函数 空间区域 有限离散点集合 自变量连续变化区域 有限差分方程组 u u a 0, u x, 0 f x 一阶双曲型线性微分方程 t x n n n 1 n u u u u j j n 1 n 2 t u u t O t O t j j t t j t j
u0 j fj
0.2
空气动力学的研究对象
相对飞行原理（空气动力学实验原理）
当飞行器以某一速度在静止空气中运动时，飞行器与空气
的相对运动规律和相互作用力，与飞行器固定不动而让空 气以同样大小和相反方向的速度流过飞行器的情况是等效 的。
0.2
空气动力学的研究对象
相对飞行原理，为空气动力学的研究提供了便利。人们 在实验研究时，可以将飞行器模型固定不动，人工制造
17-20世纪理想流体力学的发展
莱布尼慈简介 莱布尼慈，德国著名的哲学家和数学家 （Leibniz，1646-1716）。1646年7月 生于莱比锡一个名门世家，其父亲是 一位哲学教授。莱布尼慈从小好学， 一生才华横溢，在许多领域做出不同 凡响的成就。在数学方面最大的成就 是发明了微积分，今天微积分中使用 的符号是莱布尼慈提出的。后来为了 与牛顿争发明权问题，他们之间进行 了一场著名的争吵。莱布尼慈自定发 明权时间1674年，牛顿1665-1666年。 这场争论使英国与欧洲大陆之间的数 学交流中断，严重影响了英国数学的 发展。
直匀气流流过模型，以便观察流动现象，测量模型受到 的空气动力，进行试验空气动力学研究。
在理论上，对飞行器空气绕流现象和受力情况进行分析
0空气动力学课件 共82页
基本原理
空气动力学、流体力学
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
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)
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
0
T
1.5
28.185
28.185C TC
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
dA 微团面积元的大小
dF dA一侧的法向力
空气动力学、流体力学
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
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)
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
0
T
1.5
28.185
28.185C TC
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
dA 微团面积元的大小
dF dA一侧的法向力
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
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上,在该坐标系中单位质量力的分量为
对于不可压缩
f x f y 0
流体,积分得
dp gdz
fz g
z p c C是积分常数，由
g
边界条件决定
对1,2两点列方程
z1
p1
g
z2
p2
g
※ 适用于不可压缩重力流体的平衡状态
◆流体静力学基本方程
物理意义
z 单位重量流体的位势能
p 单位重量流体的压强势能
单位质量力的分量
fx 、fy、 fz
作用在x轴垂直的两个面中心点b、c上的流体静压强，可将a
点的静压强按泰勒级数展开，略去二阶以上的无穷小项求得
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
◆流体的平衡微分方程式
x方向的平衡方程式
f x xyz
p
p x
x
2
yz
p
p x
x
2
yz
0
化简得：
f x xyz
p x
xyz
真空：当被测流体的绝对压强低于大气压强时， 测得的计示压强为负值，此时，流体处于真空状
pv pe pa p
态
用液柱高度表示
hV
pV
g
pa p
g
重力场中流体的平
压强的计量单位：
• 用单位面积上所承受的力表示。Pa = N/㎡
工程单位是kgf/㎡或
kgf cm 2
• 用液柱高度表示
dp fxdx f ydy fzdz 压力差公式
表示在密度为 的流体中，空间点沿单位质量力的方向变
化分别是dx，dy，dz时，流体压强的变化为dp。
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
等压面 在流体中压强相等的点组成的面
dp 0
微分形式的等压面方程
f xdx f ydy f zdz 0 性质：在静止流体中，作用于任意点的质量力垂直于
经过该点的等压面 写成矢量形式 f dl fxdx fydy fzdz 0
由矢量代数可知,这两个矢量必然垂直 例如只受重力作用的静止流体，质量力是重力方 向，等压面是水平面。
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
第三节 重力场中流体的平衡
流体静力学基本方程式
重力场中,取xoy为水平面,z轴垂直向
重力场中流体的平衡
◆帕斯卡原理（压强分布原理）
对淹深为h的a点和压强为p0的自由液面上的点，
列静力学基本方程
z p z h p0
g
g
p
p0 gh
（1）上式表明:不可压缩的重力流体处于平衡状态时, 流体内部的静压强由两部分构成
1 自由表面的压强
2 淹深为h 、密度为的流体柱产生的压强 gh
（2）该式还表明:均质不可压缩的重力流体处于平 衡状态时,自由液面上的压强对内部任意点上的影响 是相同的,即施加与自由液面上的压强,将以同样的大 小传递到液体内部任意点上—帕斯卡原理
pz pn
px py pz pn
※证明在静止流体内部,压强只是点的坐标的连续函数
静压强可表示为 p px, y, z
流体静压强及其特性
第二节 流体平衡微分方程
在静止流体中取一微元平行六面体，边长 δx、δy、 δz，中心点坐标 a(x,y,z)
中心点压强 p
压强沿三个轴方向的 变化率为： p p p x y z
作用在流体上的质量力
dm 1 xyz
6
dFm x
1 6
xyzf
x
dFm y
1 6
xyzf
y
dFm z
1 6
xyzf
z
力在x方向的平衡方程为
由于
px
1 yz
2
pn
ABCD
cos pn ˆ,
x
fx
1 xyz
6
0
ABCD
cos
pn
ˆ,
x
1 2
yz
px
pn
fx
1 x
3
0
忽略无穷小量 px pn
py pn
g
之和为总势能
对图中a点和b点列静力学方程
z
p
g
z
hp
或
hp
ห้องสมุดไป่ตู้
p
g
※ 当连续不可压缩的重力流体处于平衡状态时,在流 体中的任意点上,单位重量流体的总势能为常数
重力场中流体的平
◆不可压缩流体中压强的变化
几何意义
z 位置水头
p 压强水头
之和为静水头
g
A-A 静水头线 A－A′ 计示静水头线
※不可压缩的重力流体处 于平衡状态时,静水头线 或者计示静水头线为平 行于基准面的水平线
第一节 流体静压强及特性
流体内部或流体与固体边壁所存在的单位面积上的法向作 用力称为流体的压强，如果此流体处于静止状态，则此压 强称为流体的静压强。
流体静压强的两个特性
特性一：流体静压强的 作用方向沿作用面的内法 线方向
流体处于平衡或相对平衡状态时,作用在流体上的应力只有 法向应力而没有切向应力,流体作用面上负的法向应力就是 静压强。（流体不能承受拉力）
特性二：静压强的大小与作用面在空间的方位无 关，即任一点上的流体静压强都相同。
边长 δx、δy、δz 静压强 Px、Py、Pz和Pn 密度 ρ
单位质量力的分量
fx 、fy、 fz
流体静压强及其特性
作用在流体上的表面力
dFpx
px
1 yz
2
dFpy
py
1 xz
2
dFpz
pz
1 yx
2
dFpn pnBCD
流体力学
流体静力学
流体静力学是研究流体处于平衡状态时的规律及其 在工程的应用。
平衡状态：绝对平衡 相对平衡
绝对平衡：流体相对于地球无相对运动，称为重力 场中的绝对平衡（绝对静止）。
相对平衡：流体相对于运动容器无相对运动，称为 相对平衡（相对静止）。
特点：各流体质点间不存在相对运动，流体表现不 出黏性作用。
适用范围：可压缩、不可压缩流体
静止、相对静止状态流体
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
◆ 压力差公式
fx
1
p x
0
fy
1
p y
0
fz
1
p z
0
上式中(1)×dx +(2)×dy +(3)×dz得
p dx p dy p dz
x y z
fxdx f ydy
f z dz
等式左面为p=p（x,y,z）的全微分式，即dp
（3）绝对静止的液体中，处于同一深度的各点的 静压强相等，即任意水平面都是等压面。
仅有重力场的液体等压面：
1、液体与气体的分界面
2、两种互不掺杂的液体分界面
3、同种液体 互相连通位于同一 高度处
◆绝对压强 计示压强 真空
绝对压强：以完全真空为基准计量的压强 p pa gh
计示压强：以当地大气压强为基准计量的压强 pe p pa gh
0
1 p
同除以m xyz f x x 0
（1）
同理得
fy
1
p y
0
fz
1
p z
0
（2） （3）
欧拉平衡微分方程 等压面 力函数
◆流体的平衡微分方程式
写成矢量
f
1
p
0
流体平衡微分方程式
又叫欧拉平衡微分方程式
意义：在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体 上的质量力与静压强的合力相平衡