第七課時(shí)空氣流動(dòng)的基本規(guī)律BU

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AVIATION目錄/CONTENTS§2運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換§4伯努利定理§3連續(xù)性定理§1空氣流動(dòng)模型§5風(fēng)洞的介紹§1空氣流動(dòng)模型空氣流體模型流體的分類：根據(jù)流體黏性的差別：理想流體和黏性流體理想流體空氣流體模型理想流體是一種假想，只是真實(shí)流體的一種近似模型，能簡化流動(dòng)問題在確定飛機(jī)的阻力問題時(shí)，則必須考慮流體的黏性理想流體空氣流動(dòng)模型對(duì)于理想氣體，其狀態(tài)方程為：p=ρRT式中，p------壓強(qiáng)，Paρ------密度，kg∕m^3R------氣體常數(shù)，空氣為287.05287J/(kg·K)T------溫度，K理想流體空氣流體模型飛行速度不高時(shí)，空氣可近似按理想氣體處理航速超過音速5倍時(shí)，需考慮真實(shí)氣體的狀態(tài)方程理想流體空氣流體模型波義爾定律：當(dāng)氣體的物質(zhì)的量與溫度不變時(shí)，氣體的體積與其壓強(qiáng)成反比V∝1/p（n，T恒定）理想流體空氣流體模型查理定律：當(dāng)氣體的量與壓強(qiáng)不變時(shí)，氣體的體積與其溫度成正比V∝T（n，p恒定）理想流體空氣流體模型阿伏加德羅假設(shè)在同溫同壓下，體積相同的不同氣體含有相同的粒子數(shù)V∝n理想流體空氣流體模型符合理想氣體的條件：①

氣體分子間作用力微弱②氣體分子體積遠(yuǎn)小于氣體體積理想流體空氣流動(dòng)模型流體的分類：根據(jù)密度（ρ）是否為常數(shù)分為：可壓（ρ不為常數(shù)）不可壓（ρ為常數(shù)）不可壓縮流體空氣流體模型當(dāng)Ma＜0.3時(shí)，可以忽略流體密度變化，把流體視為不可壓流體當(dāng)Ma＞0.3時(shí)，必須考慮流體密度變化對(duì)流體參數(shù)的影響不可壓縮流體空氣流體模型不考慮熱傳導(dǎo)性的流體，稱為絕熱流體空氣低速（Ma＜0.3）流動(dòng)時(shí)，一般不考慮空氣的熱傳導(dǎo)性空氣高速（Ma＞0.3）流動(dòng)時(shí)，需要考慮溫度的變化對(duì)流體的影響絕熱流體§2運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理：利用靜止坐標(biāo)系與活動(dòng)坐標(biāo)系求得的飛機(jī)受力完全相同利用運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理，將飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)問題轉(zhuǎn)化為空氣的流動(dòng)問題，可簡化空氣動(dòng)力學(xué)的研究運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理風(fēng)洞試驗(yàn)§3連續(xù)性定理連續(xù)性定理當(dāng)流體低速、穩(wěn)定、連續(xù)不斷地流動(dòng)時(shí)，流管里任一部分，流體都不能中斷或積聚，在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任何一個(gè)截面的流體質(zhì)量和從另一個(gè)截面流出的流體質(zhì)量應(yīng)當(dāng)相等流體中的質(zhì)量守恒定律連續(xù)性定理設(shè)截面Ⅰ的面積為F1，流速為V1，流體密度為ρ1，則單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)該截面的流體質(zhì)量為：m1=ρ1ν1F1同理,設(shè)截面Ⅱ的面積為F2，流速為V2，流體密度為ρ2，則單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)該截面的流體質(zhì)量為：m2=ρ2ν2F2根據(jù)質(zhì)量守恒定律，m1=m2，即：ρ1v1F1=ρ2v2F2流體中的質(zhì)量守恒定律連續(xù)性定理由于截面Ⅰ和截面Ⅱ是任意選取的，所以可以認(rèn)為，單位時(shí)間內(nèi)流過任何截面的流體質(zhì)量都相等，故得

ρvF=常數(shù)式中，V------流管截面上的流體速度，m/sF------所取截面的面積，㎡若在流動(dòng)過程中,流體密度不變,即ρ1=ρ2=ρ，則方程ρvF=常數(shù)可簡化為：vF=常數(shù)方程式ρvF=常數(shù)或vF=常數(shù)稱為連續(xù)方程，進(jìn)一步可寫成：v1/v2=F2/F1流體中的質(zhì)量守恒定律連續(xù)性定理連續(xù)性方程說明了流體流動(dòng)速度和流管截面積之間的關(guān)系。連續(xù)性定理：當(dāng)?shù)退俣ǔＡ鲃?dòng)時(shí)，流體速度的大小與流管的截面積成反比連續(xù)性定理只適應(yīng)于低速，即認(rèn)為密度不變的情況流體中的質(zhì)量守恒定律運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換流體流動(dòng)速度的快慢，可用流管中流線的疏密程度來表示流線密的地方表示流管細(xì)，流體速度快，反之就慢流體中的質(zhì)量守恒定律§4伯努利定理伯努利定理伯努利定理是能量守恒定律在空氣動(dòng)力學(xué)中的具體應(yīng)用伯努利定理：p1+1/2ρv1^2=p2+1/2ρv2^2=p0式中

p1------截面Ⅰ的靜壓

p2------截面Ⅱ的靜壓

1/2ρv^2----動(dòng)壓

p0------總壓伯努利定理伯努利定理的含義與應(yīng)用條件含義：流體流速低速、定常流動(dòng)時(shí)，流速小的地方，壓強(qiáng)大，流速大的地方壓強(qiáng)小應(yīng)用條件：只適應(yīng)于低速，即認(rèn)為密度不變，要求流場(chǎng)中氣體不與外界發(fā)生能量交換伯努利定理連續(xù)性定理與伯努利定理說明了流管截面積、氣體速度和壓力這三者之間的關(guān)系低速定常流動(dòng)的流體，流過的截面積大的地方，速度小，壓強(qiáng)大；而流過截面積小的地方，流速大，壓強(qiáng)小適用于低速，不能推廣到高速§5風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞：一種管道狀試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備依據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理，將飛行器的模型或?qū)嵨锕潭ㄔ谌藶橹圃鞖饬髦?，以此模擬實(shí)際飛行中各種飛行狀態(tài)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬、飛行試驗(yàn)是當(dāng)今研究飛行器空氣動(dòng)力學(xué)問題的主要方法按氣流速度范圍：低速風(fēng)洞（馬赫數(shù)Ma小于0.3）亞聲速風(fēng)洞（0.3≤Ma≤0.8）跨聲速風(fēng)洞（0.8≤Ma≤1.2）超聲速風(fēng)洞（1.2≤Ma≤5）高超聲速風(fēng)洞（Ma≥5）低速風(fēng)洞超聲速風(fēng)洞高超聲速風(fēng)洞風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的主要分類按風(fēng)洞的運(yùn)行時(shí)間：連續(xù)風(fēng)洞（可長時(shí)間運(yùn)行）暫沖風(fēng)洞（數(shù)秒至數(shù)分鐘量級(jí)）脈沖風(fēng)洞連續(xù)風(fēng)洞暫沖風(fēng)洞脈沖風(fēng)洞風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的主要分類其他的風(fēng)洞分類形式：按驅(qū)動(dòng)形式、按照風(fēng)洞用途回流式、閉口低速風(fēng)洞結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的主要分類在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)涉及到空氣動(dòng)力問題，當(dāng)這些問題對(duì)于物體本身的動(dòng)力學(xué)或者靜力學(xué)問題有足夠大的影響時(shí)，必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)奔馳風(fēng)洞測(cè)試風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的作用①風(fēng)洞是先進(jìn)飛行器的搖籃相對(duì)于后期的飛行實(shí)驗(yàn)，風(fēng)洞提供了飛行器研發(fā)前期一個(gè)高效、方便、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)手段航天飛機(jī)風(fēng)洞測(cè)試風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的作用②風(fēng)洞試驗(yàn)是改進(jìn)汽車和高鐵等交通工具性能的重要一環(huán)優(yōu)化汽車外形設(shè)計(jì)，減少風(fēng)阻、提高行車安全性、降低噪音，是汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要目的，都需要大量的風(fēng)洞試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)并對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)③風(fēng)洞為體育事業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持高鐵列車風(fēng)洞測(cè)試風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的作用4.風(fēng)洞試驗(yàn)是現(xiàn)代大型橋梁和建筑安全的重要保證氣流繞過一般非流線型外形的橋梁和建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦旋和流動(dòng)的分離，形成復(fù)雜的空氣作用力常見三種橋梁風(fēng)洞試驗(yàn)為靜力三分力試驗(yàn)、彈簧懸掛剛體節(jié)段試驗(yàn)、全橋氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)重慶菜園壩長江大橋風(fēng)洞測(cè)試風(fēng)洞的介紹風(fēng)洞的作