流体力学-09 绕流流动
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绕流运动绕流运动绕流运动,作用在物体上的力可以分为两个部份:(1)垂直于来流方向的作用力升力L(2) 平行于来流方向的作用力绕流阻力摩擦阻力形状阻力D摩擦阻力→主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大区域→边界层形状阻力→由于边界层分离,产生的压差阻力。
——都与边界层有关。
v 0v 0∂=∂xv 0yx K∂≠∂xv 0y1.边界层的形成边界层内:由于粘性影响,沿平板法线方向速度梯度大v ∂≠∂x0y主流区:v ∂≈∂xy ∴沿法线方向既存在剪切流动(边界层),又存在有势流动(主流区),一般把作为分界。
00.99v v =vv 0∂=∂xv 0yx K∂≠∂xv 0y2.流态边界层从开始,,长度逐渐增大,当,层流→紊流。
=x 0=⇒δ0δ=k x x 虽然出现紊流,但仍有一层紧靠壁面的层流底层(粘性力占主的区域)。
5Re 10k xk v x ==⨯0 3.5 5.0ν~Re 3000k δδν==0v ~35003. 边界层基本特性a.与物体长度相比,边界层厚度很小,δ小。
b.边界层内沿法向(厚度)方向速度变化大,梯度大,边界层内按层流或紊流计算,边界层外按势流理论计算。
c.由于边界层薄,先假设边界层不存在,全部按势流理论计算相应的速度及压强,得到的结果可认为是边界层外边界上的速度及压强。
边界层内边界是物体表面,速度为零;边界层很薄,边界层中各截面上沿Y方向压力不变,并且近似等于边界层边界上压力。
ACB D主流区边界层XV1. 有利压强梯度和不利压强梯度(以流体绕圆柱流动为例)在迎流面,沿流动方向,主流区v 增大,p 减小()0()0v p,x x∂∂⇒><∂∂主p px x∂∂=∂∂主边而()()()0px∂∴<∂边在背流面,沿流动方向,()0()0v p,x x ∂∂<>∂∂主主()()p px x ∂∂=∂∂主边由于()0p x∂∴>∂边前者称为有利压强梯度,后者称为不利压强梯度。
第一章绪论表面力:又称面积力,是毗邻流体或其它物体,作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。
它的大小与作用面积成比例。
剪力、拉力、压力质量力:是指作用于隔离体内每一流体质点上的力,它的大小与质量成正比。
重力、惯性力流体的平衡或机械运动取决于:1.流体本身的物理性质(内因)2.作用在流体上的力(外因)流体的主要物理性质:密度:是指单位体积流体的质量。
单位:kg/m3 。
重度:指单位体积流体的重量。
单位: N/m3 。
流体的密度、重度均随压力和温度而变化。
流体的流动性:流体具有易流动性,不能维持自身的形状,即流体的形状就是容器的形状。
静止流体几乎不能抵抗任何微小的拉力和剪切力,仅能抵抗压力。
流体的粘滞性:即在运动的状态下,流体所产生的阻抗剪切变形的能力。
流体的流动性是受粘滞性制约的,流体的粘滞性越强,易流动性就越差。
任何一种流体都具有粘滞性。
牛顿通过著名的平板实验,说明了流体的粘滞性,提出了牛顿内摩擦定律。
τ=μ(du/dy)τ只与流体的性质有关,与接触面上的压力无关。
动力粘度μ:反映流体粘滞性大小的系数,单位:N•s/m2运动粘度ν:ν=μ/ρ第二章流体静力学流体静压强具有特性1.流体静压强既然是一个压应力,它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向,即垂直于作用面,并指向作用面。
2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关,即同一点上各方向的静压强大小均相等。
静力学基本方程: P=Po+pgh等压面:压强相等的空间点构成的面绝对压强:以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs相对压强:以当地大气压为基准起算的压强 PP=Pabs—Pa(当地大气压)真空度:绝对压强不足当地大气压的差值,即相对压强的负值 PvPv=Pa-Pabs= -P测压管水头:是单位重量液体具有的总势能基本问题:1、求流体内某点的压强值:p = p0 +γh;2、求压强差:p – p0 = γh ;3、求液位高:h = (p - p0)/γ平面上的净水总压力:潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力P,大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积。
流体运动中的绕流现象概述流体运动指的是液体或气体在外力驱动下发生的运动现象。
在流体运动中,经常会出现一些特殊的现象,例如绕流现象。
绕流现象指的是流体在遇到障碍物时,形成绕过障碍物的流动路径。
这种现象在自然界和工程实践中都非常常见,对于了解流体的运动规律以及优化流体的工程应用具有重要意义。
本文将从绕流现象的原理、影响因素及应用等方面进行探讨,通过分析相关实验研究和工程案例,深入了解绕流现象在流体运动中的重要性和发展现状。
绕流现象的原理绕流现象的产生主要是由于流体与障碍物之间的相互作用引起的。
当流体遇到障碍物时,会形成流体分层和速度分布的变化,从而导致流体绕过障碍物流动形成绕流。
绕流现象的原理可归纳为以下几个方面:1. 动量传递流体运动中的绕流现象是由于流体中质点的力相互作用引起的。
当流体流过障碍物时,由于障碍物表面与流体之间的摩擦力,会导致流体分子传递动量给障碍物表面。
这种动量传递会产生反作用力,使流体开始绕过障碍物流动。
这个过程中,障碍物表面的形状和材质对动量传递起着重要的影响。
2. 惯性效应在流体运动中,流体的惯性也是产生绕流现象的重要原因之一。
当流体流动的速度较大时,流体分子具有较大的惯性,因此在遇到障碍物时会产生绕流现象。
这种绕流现象在高速流动的情况下尤为显著,流体分子会在障碍物周围形成旋涡,并绕过障碍物流动。
3. 障碍物形状和大小障碍物的形状和大小也对绕流现象起着重要的影响。
当障碍物的形状和大小与流体流动的特性相匹配时,绕流现象会更加明显。
例如,当流体遇到一个圆柱体时,会形成一个稳定的绕流区域;而当流体遇到一个尖锐的障碍物时,会形成一个不稳定的绕流区域。
因此,通过调整障碍物的形状和大小,可以控制绕流现象的发生和发展。
绕流现象的影响因素绕流现象被广泛应用于工程实践中,因此了解绕流现象受到的影响因素对于合理设计和优化工程具有重要意义。
以下是常见的影响因素:1. 流体性质流体的性质对绕流现象的发生和发展具有重要影响。
流体力学流动演示实验流体力学演示实验包括流线流谱演示实验、流动演示实验两部分。
各实验具体内容如下:第1部分流线流谱演示实验实验目的1)了解电化学法流动显示原理。
2)观察流体运动的流线和迹线,了解各种简单势流的流谱。
3)观察流体流经不同固体边界时的流动现象和流线流谱特征。
实验装置实验装置见图。
图流线流谱实验装置图说明:本实验装置包括3种型号的流谱仪,Ⅰ型演示机翼绕流流线分布,Ⅱ型演示圆柱绕流流线分布,Ⅲ型演示文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流段纵剖面上的流谱。
流谱仪由水泵、工作液体、流速调节阀、对比度调节旋钮与正负电极、夹缝流道显示面、灯光、机翼、圆柱、文丘里管流道等组成。
实验原理流线流谱显示仪采用电化学法电极染色显示技术,以平板间夹缝式流道为流动显示平面,工作液体在水泵驱动下从显示面底部流出,工作液体是由酸碱度指示剂配制的水溶液,在直流电极作用下会发生水解电离,在阴极附近液体变为碱性,从而液体呈现紫红色。
在阳极附近液体变为酸性,从而液体呈现黄色。
其他液体仍为中性的橘黄色。
带有一定颜色的流体在流动过程中形成紫红色和黄色相间的流线或迹线。
流线或迹线的形状,反映了机翼绕流、圆柱绕流流动特性,反映了文丘里管、孔板、突缩、突扩、闸板等流道内流动特性。
流体自下而上流过夹缝流道显示面后经顶端的汇流孔流回水箱中,经水泵混合,中和消色,循环使用。
实验指导与分析如下:1)Ⅰ型演示仪。
演示机翼绕流的流线分布。
由流动显示图像可见,机翼右侧即向天侧流线较密,由连续方程和能量方程可知,流线密,表明流速大、压强低;而机翼左侧即向地侧流线较稀疏,表明速低、压强较高。
这表明机翼在实际飞行中受到一个向上的合力即升力。
本仪器通过机翼腰部孔道流体流动方向可以显示出升力方向。
此外,在流道出口端还可以观察到流线汇集后,并无交叉,从而验证流线不会重和的特性。
2)Ⅱ型演示仪。
演示圆柱绕流流线分布。
当流速较小时,零流线在前驻点分成左右2支,经90°点后在圆柱后部后驻点处二者又合二为一。