流体力学电子教案

小凹坑也会影响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生 升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自 旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。
大多数的高尔夫球有300～500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。阻力及升力对凹 坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影 响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的 高尔夫球采用的是六角形
流体力学电子教案
西南交通大学国家工科力学基础课教学基地 工 程 流 体力 学 教 研 室
流体力学电子教案
☞你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？
☞你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？ ☞你想知道机翼升力来至下部还是上部吗？ ☞你想知道同一容器上同高同径孔口和管嘴泄流谁 的流速大谁的流量大吗？ ………
1999 禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，1998 禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，2005
讲次
第1讲 第2讲 第3讲 第4讲 第5讲 第6讲 第7讲 第8讲 第9讲 第10讲 第11讲 第12讲 第13讲 第14讲 第15讲
第16讲 第17讲
高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？
————请学习流体力学
目录
第1章 绪论 第2章 流体静力学 第3章 流体动力学理论基础 第4章 量纲分析与相似原理 第5章 流动阻力与水头损失 第6章 孔口、管嘴及有压管流
教材及教学参考书
姜兴华等编，流体力学，西南交通大学出版社，1999 杜广生主编，流体力学，机械工业出版社，2004 丁祖荣编著，流体力学，高等教育出版社，2003 禹华谦主编，工程流体力学，高等教育出版社，2004 禹华谦主编，工程流体力学（水力学），西南交通大学出版社，
空气对于任何在其中运动的物体，包括高尔夫球，都会施加作用力。把你的手伸出行驶中的车 外，可以很容易地说明这个现象。空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。阻力的作 用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻 力，增加球的升力。
一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分 离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾 流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的 阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着 球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的 一半。
经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小 为原来的1/5 。
目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的 外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。
机翼升力来至下部还是上部？
汽车阻力来自前部还是后部？
汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对 空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力 系数CD很大，约为0.8。
汽车阻力来自前部还是后部？
实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。
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汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状， 出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。
汽车阻力来自前部还是后部？
20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。
汽车阻力来自前部还是后部？
80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。
以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。
汽车阻力来自前部还是后部？
90年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。
最早的高尔夫球
现在的高尔夫球
高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？
高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。统计发现，一颗表面 平滑的高尔夫球，经职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。为了 找出最佳发射条件，高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。 撞击通常只维持1/2000秒，它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。接着，球的飞行 轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。因此，空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞 得远的关键。