空气动力学总结

空气动力学总结
第一章流体的基本属性和流体静力学基础
1.连续介质假设:根据空气微团的概念,就可以把空气看做是由空气微团组成的没有间隙的连续体。
2.一般情况下,流体只承受压力,而不承受拉力,在一定的剪切力的作用下,流体会产生连续的变形,因此静止的流体不能承受剪切力。
3.空气微团:指含有很多空气分子的很微小的一团空气,它与飞行器特征尺寸大小相比微不足道的,同时它还要包含足够多的空气分子数目,要使空气密度的平均特征值有确切的含义。
4.在研究飞行器在任何高度飞行所受的空气动力时都可以应用连续介质假设。(X)原因:只有在对流和平流层可以
5.描述流体的主要物理量有密度、温度、压强
密度的物理意义:反映流体的稠密程度
温度的物理意义:反映分子无规则运动平均动能的大小
压强的物理意义:流体单位面积上作用力的大小
三者之间的关系:P=ρRT (R 为气体常数)
6.理想气体状态方程:
P v =RT(对1kg 气体)井冈山师范学院
P V m =R m T(对1kmol 气体)(标准状态下V m =22.414)
P v=mRT =nR m T(对mkg 或nkmol 气体)
R m 为摩尔气体常数,不仅与气体所处的状态无关,而且还与气体种类无关,又
叫通用气体常数。
R 为气体常数,大小为287.06或287,它与所处状态无关,但随气体种类的不同而不同,气体常数和通用气体常数的关系是R m =M·R(M 为物质的摩尔质量)
**上述方程中应该使用绝对压力,不能使用直接测量得出的表压**
**上述方程中的温度应该使用绝对温度(开氏温度)**
**其中P 的单位是pa 而不是hpa,标准大气压是1013.25hpa**
7.不同温度单位、压强单位的换算关系:
T F =9/5T+32或T=5/9(T F -32)T K =T C +273.15
0℃100℃
32(华)212(华)
273.15K 373.15K **atm 指的是大气压,标准海平面时为1atm**
8.流体的压缩性:我们将流体随着压强增大而体积缩小的特性。通常用压缩系数β来度量流体的压缩性,在一定温度下,升高单位压强时,流体体积的相对缩小量:dp
d 1dp dv v 1dp dV 1ρρβ=-=-=V V 为体积;v 为比容;P 压强;ρ密度;9.体积弹性模量E :压缩系数的倒数,表示单位密度变化所需要的压强增量,即dp
d E ρρβ==1
,体积弹性模量越大,流体越不易被压缩。
10.空气的可压缩性:一定质量的空气,当其压力或温度改变时,其密度(体积)也会发生相应的变化。省级职业年金计划
11.随着温度的升高,空气变得难以压缩,温度降低,空气变得容易压缩。c 越大,空气越难压缩,c 越小,空气易压缩
12.产生粘性的原因:(1)不规则运动的动量交换(2)分子之间的吸引力
13.牛顿粘性力公式:dy
dV dy dV μτμ===S F S F 或τ表示单位面积上的摩擦力,即切应力,Pa;μ是比例系数,与流体的种类与温度有关,成为动力粘性系数μ,Pa·s,又叫粘性系数。
14.牛顿粘性公式影响因素:
(1)与两层流体的速度梯度成正比
(2)与两层流体的接触面积成正比
(3)与流体的物理特征有关
(4)与接触面上的压强无关
(5)温度对其的影响:
液体:温度增加,μ减小,反之亦然。原因:液体的粘性主要取决于分子间的引力,温度升高,分子间的无规则运动加剧,分子间的引力减小,则粘性系数减小。
气体:温度增加,μ增大,反之亦然。原因:气体的粘性主要取决于分子间的不规则运动,随着温度升高,分子间的无规则运动更加剧烈,之间的动量交换也更加剧烈,所以气体的粘性系数增大。
15.压缩性对气体流动的影响通常用马赫数Ma 来表示,Ma 越大,说明空气的压缩程度越大。Ma=0.3通常认为是空气可压缩性可忽略的上限。
16.理想流体:不考虑粘性(粘性系数为0)的流体(是否考虑粘性)
17.不可压流体:当Ma <0.3时,空气密度的变化小到可以忽略的程度,因此把密度为常量的流体视为不可压流体。(考虑空气密度是否改变)
18.流体的膨胀性:流体温度升高时,流体分子与分子之间的间距也会增加,即流体温度升高时,流体体积增大的特性。
通常使用温度膨胀系数α来度量,α定义为在压强不变的条件下温度升高1℃时流体体积的相对增加量,即dT
d 1dT dv v 1dT dV 1ρρα-===
V ,T 温度;V 体积;v 比容;ρ密度;
19.质量力(FB):又称体积力,是指作用在体积V 内的每一流体质量或体积上的非接触力,其大小与流体的质量或体积成正比,流体力学中的质量力一般只考虑重力与惯性力。
20.表面力(FS):是指作用在所取流体体积表面S 上的你,它是由与这块相接触的流体或物体的直接作用而产生的。
21.流体静压强的两个特征:
(1)流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向作用面。
(2)在静止流体或者运动的理想流体中,某一点静压强的大小与所取作用面的
方位无关。静压强仅是空间位置的标量函数。
22.欧拉静平衡方程:矢量方程:0p -f =∇ ρ前部分为质量力,后为表面力
即为质量力+表面力=0标量方程
0z p 0y
p 0x
p =∂∂-=∂∂-=∂∂-Z Y X ρρρ该方程的意义:表示在静止流体中压强的空间变化是由于体积力的存在造成的。
第二章流体运动学和动力学基础
1.解释名词:
(1)定常流:在任意空间点上,流体质点的全部运动参数都不随时间的变化而变化,将这种流动称为定常流动。
(2)非定常流动:在任意的空间点上,流体质点的全部或部分流动参数随着时间的变化而变化的流动,称为非定常流动。
(3)流场:运动的流体所占据的空间
(4)流线:某一瞬时流场中存在这样的曲线,该曲线上的每一点的速度矢量都与该曲线相切,这样的曲线称为流线。
(5)迹线:将任何一个流体质点在流场中的运动轨迹叫做迹线。
(6)流管:在流场中取任意不是流线的封闭曲线,通过该曲线的每一点作的流线,这些流线便形成了流管。
(7)流面:通过一条不封闭或封闭曲线所作的那些流线所组成的曲面。(8)流线谱:由流场内的物体及其流线组成的能反映流体运动全貌的图形。2.在一般情况下,流线彼此是不会相交的,但是也有特例:(1)前驻点(2)流线相切的点(3)速度为无限大的奇点
3.连续性定理:即在不可压缩的一维定常流动中,单位时间通过同一流管任一截面的流体体积都相等。
一维定常流动的连续方程,物理意义是:在一维定常流动中,单位时间通过同一流管任一截面的流体质量相等
m
=VA ρm 上面一点是常熟不可压缩流体的一维定常流动连续方程,物理意义是:在不可压缩的一维定常流中,单位时间通过同一流管任一截面的流体体积相等。这也是连续性定理所指的。
V 1A 1=V 2A 2=V A=Q日本五节句
Q  是常数V 速度A 面积4.连续方程只适用于不可压缩流体。(X )原因:3中的第二个式子确实只适用于不可压缩流体,但第一个式子都适用。
5.静压:是单位体积气体所具有的势能
动压:动压是单位体积气体所具有的动能
总压:流体所包含的总机械能的大小
总压=静压+动压
***静压不等于大气压***6.伯努利定理:空气在低速一维定常流动中,同一流管的各个截面上,静压与动压之和都相等。其反映的是流体的能量的关系。适用条件:仅适用于不可压缩气体的一维定常流动
022
2道格拉斯
p z 2p
道门秘术P C V C V ==+=++ργ7.微分形式的动量方程:(pdf
时再补充)
8.计算题:
(1)图为2-31为一翼剖面的流谱,设A 1=0.001m 2,
A 2=0.0005m 2,A 3=0.0012m 2,V 1=100m/s ,p 1=101325Pa ,ρ=1.225kg/m 3,求V2,p2;V3,p3。
根据连续性定理:V 1A 1=V 2A 2=V 3A 3
因为V 1=100m/s ,A 1=0.001m 2,A 2=0.0005m 2,A 3=0.0012m 2
所以100*0.001=V 2*0.0005=V 3*0.0012
所以V 2=200m/s ,V 3=83.333m/s 又根据伯努利方程:2
3.83*225.12200*225.12100*225.110132522223222233222211)(+=+=+=+=+=+P P C V P V P V P ρρρ
最终可求出p2=82950Pa ,p3=103199.3Pa
(2)某飞机分别以360km/h 的速度在海平面和以468km/h 的速度在5000m 高度上做水平飞行,总压
是否相等?各是多少?
总压不相等,海平面的气压高度时,空气密度是1.2257kg/m 3
高度为5000m 时,空气密度是0.7366kg/m 3
速度360km/h=100m/s
468km/h=130m/s 在海平面时:P 静=101325Pa ,直接根据伯努利方程算就可以了,二轮时自
己算一遍就完成,5000m 时一样,P 静=54028Pa 最后答案是,还海平面:
107453.5Pa ,5000m 是60252.27Pa
9.低速气流在同一流管中,流管收缩后引起,静压减小,动压增大,总压不变10.(1)指示空速(IAS ),也叫表速。按照海平面标准大气压条件下空速的动压的关系得到的空速。
(2)真空速(TAS ),简称真速,即飞机相对空气运动的真实速度。
(3)指示空速(表速)一般不等于真空速,但它能反映动压的大小,反映飞机上空气动力的大小。同时在飞行高度高于标准海平面或气温较高时,飞机的真速比表速大。真速和表速的换算关系为:H
V V ρρ0表真=11.附面层:流体绕固态物体流动时在紧贴物体表面附近形成的流速沿物面法线方向逐渐增大的薄层空气。
形成原因:粘性的存在
特性:(1)空气沿物面流过的路程越远,附面层就越厚
(2)附面层内沿物面法线方向各点的压力不变,且等于主流的压力。12.附面层沿物面法线方向气流的速度增大,压强不变
13.层流附面层和紊流附面层的区别:
层流附面层空气分层流动,各层互不混淆,空气微团没有强烈的上下乱动的现象,而紊流附面层空气微团上下乱动明显,各层之间强烈混合,呈现局部的微小旋涡,速度也出现脉动,是一种紊乱的流动。层流附面层与紊流附面层厚度不同,速度分布(速度梯度也不同),紊流附面层的厚度较大。
14.紊流附面层的底层特征,紊流附面层靠近物面的部分,空气微团的上下脉动受到限制。流动仍属于层流,将其称为层流底层。层流底层的流速梯度要比层流附面层的大,因而紊流附面层在物面处的速度梯度也比层流的大。即:层
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紊0y 0y dy dV dy dV ==>15.附面层气流分离的原因:内因:逆压梯度;外因:空气粘性,两者缺一不可16.涡流区内的压强的特点:涡流区内各处的压强几乎相等,并且等于分离点的速度。
17.转捩点定义:层流附面层与紊流附面层之间有一个不大的过渡区,通常看为一个点,叫做转捩点。
18.分离点:附面层气流离开翼面的S 点称为分离点。通常在分离之后会产生压差阻力。
19.转捩点随着气温、来流速度、空气密度、气流原始紊乱程度以及飞机表面光

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