空气动力学课件
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。
空气动力学绪论PPT课件
0.3 空气动力学的发展进程
现代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高在 高速运动的情况下，必须把流体力学和热力学这两门学科 结合起来，才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。 1887-1896年间，奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动 的传播时指出：在小于或大于声速的不同流动中，弹丸引 起的扰动传播特征是根本不同的。
高等数学计算方法大学物理理论力学绪论2学时第一章流体的基本属性和流体静力学6学时第二章流体运动学和动力学基础12学时第三章不可压缩无粘流体平面位流6学时第四章粘性流体动力学基础6学时第五章边界层理论及其近似6学时第六章可压缩高速流动基础14学时第七章高超音速流动基础4学时6学时总复习2学时陈再新刘福长鲍国华空气动力学航空工业出版社1993杨岞生俞守勤飞行器部件空气动力学航空工业出版社1987andersonjr
按速度范围分类:
低速空气动力学 (Low Aerodynamics) 亚音速空气动力学 (Subsonic Aerodynamics) 超音速空气动力学 (supersonic Aerodynamics) 高超音速空气动力学 (hypersonic Aerodynamics)
其它
36
37
38
39
21
0.3 空气动力学的发展进程
18世纪是流体力学的创建阶段。伯努利(Bernoulli) 在1738年发表“流体动力学”一书中,建立了不可压流体 的压强、高度和速度之间的关系，即伯努利公式;欧拉 (Euler)在1755年建立了理想不可压流体运动的基本方程 组，奠定了连续介质力学的基础。达朗贝尔 D'Alembert 提出著名的达朗贝尔原理:“达朗贝尔疑题”就是他在 1744年提出的。拉格朗日(Lagrange)改善了欧拉、达朗 贝尔方法，并发展了流体动力学的解析方法。关于研究气 流对物体的作用力，最早是牛顿(Newton)于1726年提出 关于流体对斜板的作用力公式，他实际上是在撞击理论的 基础上提出来的，没有考虑到流体的流动性.
《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。
(精品)空气动力学(全套1082页PPT课件)
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
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。
空气动力学与飞行原理课件：机翼空气动力学
2mg v
S CL
它表明在相同翼型下，翼载荷越大，则定直平飞速度越快。从另一个方面来看
vmin
2mg
S CL max
即，最小平飞速度为机翼接近失速迎角飞行。在翼型失速迎角一定的情况下，翼载荷越 大，最小平飞速度也越大。
5
壹 翼面负载
下面是典型的无人机的翼面负载。
无人机机型 全球鹰 长空-1 捕食者 徘徊者
贰 目录
一、
翼面负载
二、
展弦比
三、
后掠角
四、
根梢比
7
贰 展弦比 展弦比λ定义为翼展L除以平均翼弦b(λ=L/b)。 展弦比对机翼升力的影响为：当机翼产生升力时，下表面压强向上，上表面压强向下，且下表面压强值 大于上表面。则在翼尖处，下表面的高压气流流向上表面，减小了翼尖附近的升力。同时，如上节所述，有 限展长机翼也是诱导阻力产生的重要来源。 因此，展弦比越大，则翼尖效应对机翼升力的影响越小。理想情况是和翼型升阻特性一样。对于低速和 亚声速无人机，机翼展弦比越大，则升力线斜率和升阻比都较大。 展弦比的另外一个特性是翼尖涡减小了翼尖处的有效迎角，增大了翼尖处的失速迎角。因此，在机翼展 向各翼型扭转角相同的情况下，翼根比翼尖较易失速，这也是要设计机翼扭转的作用。一般翼尖剖面翼型与 翼根剖面翼型的扭转角在±3度左右。另外，相同情况下，展弦比越大则机翼滚转方向转动惯量越大，滚转机 动性越差。
这对无人机结构设计产生一定影响。即后掠 翼无人机翼梢处气动力增大，需要适当加强梢部 结构强度。
后掠机翼升力分布
15
肆 目录
第一章
翼面负载
第二章
展弦比
第三章
后掠角
第四章
根梢比
16
肆 根梢比
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
汽车空气动力学优秀课件
汽车空气动力学优秀
意大利菲亚特公司 多用风洞试验段
汽车空气动力学优秀
意大利平宁法里那 公司全尺寸风洞
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
(3)、回流型风洞和直流型风洞 通过试验段的气流经循环系统再返回试验段。这种 风洞因其能量可以回收，可使用较小功率的风扇。 而且可使气流的温度。湿度保持不变。但其结构较 复杂。
气流经试验段后不再回来，而是排放到外界称直流风 洞。设备简单，成本低，但需要较大的风扇，且空气 的温度和湿度受外界干扰较大，难以保证不变。有抽 风式和吸风式两种。
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
(4)、敞开喷口式、半敞开喷口式、封闭喷口式 试验段被围墙封闭，气流与围墙接触的风洞称为闭 式风洞。试验段局部有围墙，仍存在壁面效应的风 洞称为半敞式。试验段无墙壁风洞称开式风洞，无 壁面效应的影响。
第一章 绪论
§1节 汽车空气动力学的重要性
汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及 空气与汽车相互作用的一门科学。
作用在汽车上的空气力有三种：空气阻力、升力、 侧向力。作用在汽车上的力矩也有三种：纵倾力矩、 侧向力矩、横摆力矩。这些力和力矩称之为空气动 力六分力。
汽车空气动力学优秀
z y
x
汽车空气动力学优秀
作用在汽车上的所有空气力的合力集中点称为空气 动力中心，它与汽车重心并不总是重合。当二者偏 离时，便以此偏距为力臂而形成力矩。
汽车空气动力学优秀
汽车重心与气动中心
汽车空气动力学优秀
四、空气阻力与汽车基本尺寸的关系
汽车空气动力学优秀
车长与阻力的关系：车越长，阻力越小。
汽车空气动力学优秀
空气动力学与飞行原理课件：无人机空气动力学概述 、翼型空气动力学
空气动力学与飞行原理
翼型空气动力学
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壹 目录页 一、 二、 三、 四、
翼型几何特性 伯努利定理 升力 阻力
五、 六、 七、
升阻比
空气动力特性影响因素
翼型选择
7
壹 翼型几何特性
在固定翼无人机的各种飞行状态下，机翼是 无人机产生升力的主要部件。如果平行于机身对 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。如图，翼型设计是无 人机设计中必不可少的一环，它直接影响到固定 翼无人机的空气动力学特性和飞行性能。
（四）S翼型 中弧线是一个平躺的S型，这类翼型
因迎改变时，压力中心变动较小，升力 较大，常用于飞翼布局无人机。
（五）内凹翼 下弧线在翼弦线上，中弧线高，升
力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔 机。
13
壹 翼型几何特性
（六）其它特种翼型 例如：直升机OA系列翼型等。 20世纪初设计了很多低速飞机的翼型，如德 国人奥托·利林塔尔设计并测试了RAF-6，还有 Gottingen 398，Clark Y，NACA翼型系列等， 如图2.5所示。目前这些翼型在低速无人机和航空 模型中得到了广泛的应用。尤其是Clark Y系列翼 型，因其良好的加工性能，在微型和轻型无人机 中得到了广泛应用。
空气动力学与飞行原理
无人机空气动力学概述
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壹 无人机空气动力学概述
无人机之所以能在大气中做持续的飞行，主要靠空气给它的反作用力（即升力）。空气动力学 最重要的是知道无人机上所受到的分布压力、升力、阻力和力矩，以及无人机参数对这些空气动力的 影响规律。
无人机主要在对流层和平流层飞行，此时无人机尺寸远大于气体分子的自由行程，因此，无人 机所处的介质是连续空气。对于无人机空气动力学，最重要的两个无量纲量是马赫数和雷诺数，它体 现了空气的压缩性和粘性特性。
《风力机空气动力学》课件
智能化趋势
通过引入传感器和智能化 控制算法，实现风力机的 自适应调节和远程监控， 提高运行效率和安全性。
海上风电发展
海上风能资源丰富，且具 有较高的开发价值，未来 海上风电将成为风能开发 的重要方向。
风力机市场前景展望
数值模拟
利用计算机软件模拟风力机的运行，预测其气动性能。
03
风力机气动性能分析
风能转换效率分析
风能转换效率定义
提高风能转换效率的方法
风能转换效率是指风能转换为机械能 的效率，是衡量风力机性能的重要指 标。
通过优化风力机设计、提高转速、选 择合适的翼型等方式可以提高风能转 换效率。
风能转换效率影响因素
风力机技术发展历程
从最早的简易风车到现代的大型风力发电机，风力机技术经历了漫长的
发展过程。
02
当前主流风力机类型
水平轴风力机和垂直轴风力机是当前主流的风力机类型，各有其优缺点
和应用场景。
03
风能利用效率
随着技术的不断进步，现代风力机的风能利用效率已经得到了显著提高
。
风力机技术发展趋势
01
02
03
大型化趋势
噪声。
风力机气动稳定性分析
风力机气动稳定性定义
风力机气动稳定性是指风力机在运行过程中抵抗外界干扰的能力 。
风力机气动稳定性影响因素
风力机气动稳定性受到多种因素的影响，包括气流速度、湍流强度 、叶片质量和设计等。
提高风力机气动稳定性方法
通过优化叶片设计、增加质量块等方式可以提高风力机气动稳定性 。
04
风力机的选址
为了获得最佳的风能利用效果，风 力机通常安装在风力资源丰富、地 势开阔的地方，如山顶、海边等。
《飞行原理空气动力》课件
04
飞行器阻力来源与减小方法
飞行器阻力来源
01
压差阻力
由于飞行器表面压
力分布不均匀所产
02
生的阻力。
摩擦阻力
由于空气与飞行器 表面之间的摩擦力 所产生的阻力。
04
干扰阻力
由于飞行器各部件
03
之间的相互干扰所
产生的阻力。
诱导阻力
由于升力产生时所 伴随的阻力。
减小飞行器阻力的方法
优化飞行器外形设计
1 2
3
密度和压力
空气的密度和压力随高度和温度的变化而变化，对飞行器的 性能和稳定性产生影响。
粘性和摩擦力
空气的粘性对飞行器表面的气流产生摩擦力，影响飞行器的 升力和阻力。
压缩性和膨胀性
空气在压缩和膨胀时会产生温度变化，对飞行器的推进系统 和发动机性能产生影响。
流体静力学基础
流体静压力
流体静压力与重力方向相反，对飞行器产生下压力，保持飞行器的稳定。
横向稳定性
保持飞行器偏航平衡的能力，通过调 节方向舵来实现。
纵向稳定性
保持飞行器俯仰平衡的能力，通过调 节升降舵来实现。
方向稳定性
保持飞行器滚转平衡的能力，通过调 节副翼来实现。
飞行器控制原理
飞行器控制系统组成
执行机构
包括传感器、控制器和执行 机构等部分。
01
02
接收控制指令并驱动飞行器 的操纵面，以改变飞行器的
优化螺旋桨的设计和制造工艺、提高转速 、合理选择桨叶角度等都是提高螺旋桨效 率的有效途径。
火箭升力的产生
火箭推进原理
火箭升力的特点
火箭与飞机升力的比较
火箭升力的局限性
火箭通过燃烧燃料产生高速气 体，高速气体从尾部喷出产生 反作用力，推动火箭向前运动 。同时，喷出的气体也产生一 定的升力使火箭离地升空。
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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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
⏹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
⏹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
⏹E.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering Students
⏹G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics
⏹D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics
⏹/
第一章流体力学的基础知识
⏹基本任务和研究方法
⏹流体力学及空气动力学发展概述
⏹流体介质的物理特性
⏹气动力、力矩及气动力系数
⏹矢量和积分
⏹控制体、流体微团以及物质导数
研究流体运动的科学
研究流体运动的科学
研究流体运动的科学
Tacoma Narrows Bridge，1940
研究流体运动的科学
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
⏹实验研究
⏹理论分析
⏹数值计算
实验设备
风洞wind tunnel
激波管shock tube 水洞water tank
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
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
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) 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 Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 –1894)Vortex theory ，Hydro-stability
流体力学发展概述（1800-）
Claude-Louis Navier (1785 –1836)Sir George Gabriel Stokes,
1st Baronet FRS (1819–1903)
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-）Walter Tollmien
(1900-1968)http://www.cordula-tollmien.de/genealogie.html Hermann Schlichting (1907-1982)
流体力学发展概述（1800-）
Theodore von Kármán
钱学森(1911-)
(1881 –1963)
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
⏹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 ⏹其密度为
dv
dm dv 0lim →=ρdv
微团体积dm 微团质量
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
⏹该点压强为
dA 微团面积元的大小
dF
dA 一侧的法向力dA
dF p dA 0lim →=
流体的温度⏹气体温度T 的热力学意义
⏹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
kT KE 23 KE 气体分子平均动能
k
Boltzmann 常数
流体的速度⏹
不同于刚体力学的概念⏹流体在空间中某点B 的速度就是流体微元通过点B 时的速度Streamline A
B
Fluid element
完全气体状态方程⏹
一般气体状态方程⏹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：
),(T p p ρ=RT
p ρ=
流体的压缩性⏹
压缩性⏹
体积弹性模量⏹一定质量的气体，体积与密度成反比
V dV dp E /-=ρ
ρd d p E =V dV d -=ρρ
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n
u
∂
∂
=μ
τ
流体的粘性⏹运动粘性系数kinematic viscosity
⏹适用于空气的萨特兰公式
C
T C T ++⎪⎭⎫ ⎝⎛=15.28815.2885.10μμρ
μν=
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
⏹导热系数n
T q ∂∂-=λλ
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
⏹热传导
⏹绝热流动、等温流动
理想流体模型
⏹理想流体
⏹无粘
⏹典型适用情况
⏹升力问题
⏹失效范围及原因
不可压流体模型⏹密度无变化
⏹弹性模量极大
⏹热力学特性可单独考虑⏹进一步的简化模型
⏹无粘不可压位流
⏹其它流动
⏹无粘可压流动
⏹不可压粘性流动
绝热流动
⏹不考虑热传导⏹导热系数为零
综合讨论
粘性流动无粘流动可压流动不可压流动
非绝热流动非绝热流动非定常流动定常流动
=
λ
=
μ
const
=
ρ
=
∂
∂
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。