流体力学丁祖荣.pptx

1EXIT帮助第1页/共37页2EXIT第2页/共37页3人类的祖先在海洋里生活了40亿年。EXIT第3页/共37页4人类在空气里也生活了700万年。EXIT第4页/共37页5虽然生活在流体环境中，人们对一些流体运动却缺乏认识，比如：1.：表面光滑还是粗糙？高尔夫球2.：来自前部还是后部？汽车阻力3.：来自下部还是上部？机翼升力EXIT第5页/共37页6高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。EXIT第6页/共37页7起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时用皮革制球。最早的高尔夫球（皮革已龟裂）EXIT第7页/共37页8后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。EXIT第8页/共37页9后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。光滑的球表面有凹坑的球EXIT第9页/共37页10现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。EXIT第10页/共37页11汽车阻力 汽车发明于19世纪末。EXIT第11页/共37页12当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。EXIT第12页/共37页13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0.8。EXIT第13页/共37页14实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。EXIT第14页/共37页1520世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至0.6。EXIT第15页/共37页165060年代又改进为船型，阻力系数为0.45。EXIT第16页/共37页1780年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为0.3。EXIT第17页/共37页18后来又出现楔型，阻力系数为0.2。EXIT第18页/共37页1990年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。EXIT第19页/共37页20经过近80年的研究和改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，减少到原来的1/5。EXIT第20页/共37页21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。EXIT第21页/共37页22机翼升力 人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。EXIT第22页/共37页2319世纪初流体力学环流理论彻底改变了人们的传统观念。脱体涡量与机翼环量大小相等方向相反EXIT第23页/共37页24足球运动的香蕉球现象可以帮助理解环流理论：EXIT第24页/共37页25旋转的球带动空气形成环流，一侧气流加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。EXIT第25页/共37页26机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环流，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。EXIT第26页/共37页27测量和计算表明上部吸力的贡献比下部要大。NACA2412翼型在7.4度攻角时的压强分布EXIT第27页/共37页28人们之所以不能凭直觉来认识流体运动，是因为 空气看不见摸不着 水无色透明肉眼难以观察 流动形态变化太快肉眼无法辨认用特殊的技术可以让流动图像显现出来：EXIT第28页/共37页29高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟可观察尾流图像。EXIT第29页/共37页30高尔夫球和汽车的阻力同尾部漩涡流有关，用圆柱绕流流场显示和数值模拟可观察尾流图像。EXIT（同济大学）第30页/共37页31机翼升力也与后部的漩涡有关，同样可以用流场显示技术来观察。EXIT第31页/共37页32丰富多彩的流动图案背后隐藏着复杂的力学规律，有些动物具有巧妙运用这些规律的本领。EXIT第32页/共37页33具有高度智慧的人类为了揭开流动奥秘，建立了流体力学学科。EXIT第33页/共37页34地球表面水和空气的运动是气象、水文、水利、环保、农业、航空、航海、渔业、国防等部门研究的对象。EXIT第34页/共37页35航空、航天、造船、机械、动力、冶金、化工、石油、建筑等部门设备中的工作介质都是流体，改进流程，提高效率，需要流体力学知识。EXIT第35页/共37页36 EXIT第36页/共37页37感谢您的观看。第37页/共37页