汽车空气动力学1(含流体力学基础)

空气动力学基础（教学重点）绪论（1学时）第一章,,,,,,,,,,流体静力学（5学时）1、掌握连续介质假设的概念、意义和条件；2、了解掌握流体的基本物理属性，尤其是易流性、粘性、压缩性等属性的物理本质和数学表达；3、掌握流体力学中作用力的分类和表达、静止流体中压强的定义及其特性；4、初步掌握静止流体微团的力学分析方法，重点掌握流体平衡微分方程的表达及其物理意义；5、在流体平衡微分方程的应用方面，掌握重力场静止液体中的压强分布规律，重点掌握标准大气问题。

第二章,,,,,流体运动学与动力学基础（12学时）1、了解两种描述流场的方法的区别与特点，重点掌握欧拉法下加速度的表达和意义2、掌握流体微团的几种变形和运动及其数学表达，掌握流体微团的运动分解与刚体运动的异同；3、了解系统分析方法与控制体分析方法的区别与联系，了解雷诺输运方程的表达及意义；4、空气动力学基本方程是本章重点，积分形式方程要掌握质量方程、动量方程和能量方程的表达和意义，并会用它们解决实际工程问题；微分形式方程要重点掌握连续方程、欧拉方程和能量方程的表达和意义；掌握微元控制体分析方法；掌握伯努利方程的表达、意义、条件和应用；5、重点需要掌握的概念：流线、流量、散度、旋度、位函数、流函数、环量与涡的表达、意义及其相互之间的关系；第3章,,,,,,,,,,低速平面位流（6学时）3．1,,,,,,,,,,平面不可压位流的基本方程及其边界条件二维流动不可压无旋流动的基本方程是位函数满足的拉普拉斯方程不穿透条件（可滑移条件）拉普拉斯方程的叠加原理，速度也可叠加，压强不可叠加流函数也满足拉普拉斯方程3.2,,,,,,,,,,几种简单的二维位流各基本解的速度、位函数、流函数直匀流源，汇偶极子，偶极子的形成，轴线，方向点涡点涡的环量3．3,,,,,,,,,,一些简单的迭加举例直匀流加点源压强系数直匀流加偶极子达朗培尔疑题直匀流加偶极子加点涡儒可夫斯基升力定理了解二维对称物体绕流的数值解粘性流体动力学基础（4学时）流体粘性及其对流动的影响（流体的粘滞性，粘性流体运动特点）粘性流体的应力状态（理想流体与粘性流体作用面的受力特点，粘性流体的应力状态）广义牛顿内摩擦定理粘性流体动力学方程N-S方程粘性流体运动的基本性质（了解Re实验）边界层理论及其近似（6学时）边界层近似及其特征平面不可压缩流体层流边界层方程平板层流边界层相似解边界层动量积分方程（应用例子）边界层的分离现象第6,,,,,章,,,,,,,,,,高速可压流(12)6.1,,,,,,,,,,热力学基础知识（掌握）热力学的物系；平衡过程和可逆过程热力学一定律：内能和焓热力学第二定律，熵气体的状态方程完全气体等熵过程关系式6.2,,,,,,,,,,音速和马赫数（重点）现象微弱扰动传播过程与传播速度——音速音速公式马赫数6.3,,,,,,,,,,高速一维定常流（重点）一维定常绝热流的能量方程一维定常绝热流参数间的基本关系式总温T0,,总焓,临界点,,,,,,速度系数使用驻点参考量的参数关系式使用临界参考量的参数关系式等熵管流的速度与截面积关系，拉瓦尔管喷管的设计压强比，,,,,,M（λ）及流量的计算6.4,,,,,,,,,,微弱扰动的传播区，马赫锥（重点）马赫角6.5 ,,,,,,,,,,膨胀波（介绍）壁面外折dδ外折δ诸参数的变化趋势超音速流绕外钝角膨胀的计算6·6,,,,,,,,,,激波正激波（重点）正激波的形成，计算弱激波可以看作等熵波斜激波（介绍）波前波后气流参数的关系激波图线及应用压强决定激波圆锥激波（介绍）收敛—扩张喷管在非设计状态下的工作（介绍）。

空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体（特别是气体）与物体相互作用的力学分支，主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。

空气动力学在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。

空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体，即流体的密度在运动过程中保持不变。

根据流体运动的特点和流场特性，空气动力学可分为理想流体（无粘、无旋、不可压缩）和实际流体（有粘性、有旋性、可压缩）两类。

在实际应用中，理想流体问题较为简单，但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性，因此实际流体问题更为复杂。

空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。

这些原理构成了空气动力学分析的基础框架，通过建立数学模型和求解方程，可以预测和解释流体流动的现象和特性。

流体力学与空气动力学流体力学是研究流体运动规律的科学，而空气动力学则是流体力学的一个分支，专门研究空气中物体的运动规律。

在现代工程领域中，流体力学和空气动力学的应用非常广泛，涉及到飞行器设计、汽车工程、建筑设计等多个领域。

本文将介绍流体力学和空气动力学的基本概念和应用。

一、流体力学的基本概念流体力学是研究流体运动规律的科学，流体包括液体和气体。

流体力学主要研究流体的运动、压力、密度、速度等基本性质，并通过数学模型和实验方法来描述和预测流体的行为。

1. 流体的基本性质流体具有流动性、变形性和不可压缩性等基本性质。

流体的流动性使得它可以在容器中自由流动，而不像固体那样保持形状。

流体的变形性使得它可以受到外力的作用而发生形状的改变。

流体的不可压缩性意味着在一定条件下，流体的密度基本保持不变。

2. 流体的运动规律流体的运动规律可以通过流体力学方程来描述。

流体力学方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

质量守恒方程描述了流体质量在空间和时间上的守恒；动量守恒方程描述了流体动量在空间和时间上的守恒；能量守恒方程描述了流体能量在空间和时间上的守恒。

二、空气动力学的基本概念空气动力学是流体力学的一个分支，专门研究空气中物体的运动规律。

在空气动力学中，主要研究的是空气对物体的作用力和物体对空气的作用力。

1. 空气对物体的作用力当物体在空气中运动时，空气会对物体施加作用力。

这个作用力可以分为两个部分：阻力和升力。

阻力是空气对物体运动方向的反作用力，它会使物体的速度减小；升力是垂直于物体运动方向的作用力，它会使物体产生向上的力。

2. 物体对空气的作用力物体在运动时，也会对空气施加作用力。

这个作用力可以分为两个部分：压力和牵引力。

压力是物体表面上空气对物体的作用力，它是由于空气分子与物体表面碰撞而产生的；牵引力是物体运动时空气对物体的作用力，它是由于物体运动而产生的。

三、流体力学和空气动力学的应用流体力学和空气动力学在现代工程领域中有着广泛的应用。

空气动力学的基础理论与应用空气动力学是研究物体在空气中运动时，所受到的气动力及其作用性能的科学。

自人类研制飞行器以来，空气动力学便成为飞行器设计和研究的重要领域。

但实际上，空气动力学研究的范围远不止飞行器，还适用于汽车、高铁、桥梁等领域。

本文将介绍空气动力学的基础理论和应用。

一、空气动力学的基础理论1.流体力学空气动力学的基础理论是流体力学，它主要研究流体的运动方式和运动规律。

在空气动力学中，流体大多指气体。

气体的流动可以分为层流和湍流。

层流指气流的运动呈现平滑的状态，流线整齐，速度分布均匀，剪应力小。

而湍流则是气流的运动方式呈现混沌、无规律的状态，流线混乱，速度分布不均匀，剪应力大。

2.空气动力学基本方程空气动力学基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

质量守恒方程描述的是气体内部质量的守恒。

动量守恒方程描述的是气体内部动量的守恒。

能量守恒方程描述的是气体内部能量的守恒。

这些方程组成了解决气体流动问题的数学基础。

3.气动力学气动力学研究物体在空气中运动时所受到的气动力。

气动力可以由压力力和剪力组成。

气体静压力是气体由于分子速度和数密度变化产生的压力。

气体剪切力是气体分子之间的相互作用力，作用在物体表面上。

二、空气动力学的应用1.飞行器在飞行器设计中，空气动力学是不可或缺的。

飞行器的气动外形和气动力性能的研究需要应用空气动力学的基础理论和计算方法。

在工程实践中，需要进行气动计算、模拟和试验研究，以验证新型设计的气动性能，并进行数据分析和优化。

2.汽车汽车空气动力学研究主要是优化车身外形和改善车辆的空气动力性能。

优化车辆外形可以提高燃油效率、降低汽车空气阻力、提高安全性和稳定性。

在汽车设计中，也需要进行气动计算、模拟和试验研究，以验证新型设计的气动性能，并进行数据分析和优化。

3.高铁高铁空气动力学研究主要是优化列车外形和改善列车的空气动力性能。

在高速列车行驶过程中，空气阻力对列车运行速度和能源消耗有着重要影响。

空气动力学的基础知识空气动力学是研究流体力学中与气体运动有关的力和运动的学科。

空气动力学的研究对象是运动的气体，其中包括飞行器、汽车、建筑物、船舶、火箭等物体在气体中的运动、流动和受力等问题。

本文将从空气动力学的基础知识入手，为读者介绍空气动力学的相关内容。

流场和速度场空气动力学研究的第一个问题是流体的流动。

流体的流动可以用流场和速度场来描述。

流场是指各点流体运动状态（流速、流速方向、密度、温度等）的分布情况。

速度场是指各点流体的流动速度。

流体的运动状态决定了它受力的状态，因此分析流场和速度场是空气动力学研究的第一步。

流场和速度场的计算方法以及它们之间的关系是空气动力学中的基础问题。

流体的连续性方程和动量守恒方程空气动力学中研究流体的运动过程需要遵循连续性方程和动量守恒定律。

连续性方程是描述流体运动过程的基本方程之一，它表述了流体在单位时间内通过任何一定横截面积内的物质流量相等。

动量守恒方程则描述了流体受力过程中的运动状态，这个方程能够反映物体在流体中穿过一个受力区域时所受的阻力、压力、力矩等信息。

空气动力学中的雷诺数在空气动力学中，雷诺数是一个非常重要的概念。

它是空气动力学中的无量纲参数，决定了流体的稳定性和不稳定性，可以用于描述边界层和湍流状态。

简而言之，当雷诺数越大时，流体会越容易变得湍流，这会对空气动力学的研究和设计带来许多影响。

翼型和飞行器翼型是空气动力学中的一个重要概念，它是描述飞行器机翼截面形状的函数。

翼形的设计对飞行器的性能有着至关重要的影响。

它能够影响到飞机的升力、阻力、抗扭稳定性、滚转和俯仰稳定性等方面。

因此，研究翼型的设计和性能是空气动力学研究的重要方向。

结语空气动力学是一门重要的学科，涉及众多的物理和数学知识。

通过本文的介绍，我们可以了解到空气动力学中的一些基础知识，例如流场和速度场、连续性方程和动量守恒方程、雷诺数、翼型和飞行器等。

对于空气动力学的学习者来说，深入了解这些基础知识对于学习和掌握这门学科是非常有帮助的。

重庆大学汽车系汽车空气动力学汽车空气动力学前言车身的空气动力学设计是车身设计的重要内容。

的能量克服空气阻力；的能量克服空气阻力；轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差别30%，燃油消耗相差达12%以上。

前言三、空气动力学对汽车性能的影响Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle前言汽车空气动力学第一章空气动力学基础知识第一章空气动力学基础知识常数），有第二节流体力学基础第二节流体力学基础吹纸条:球浮气流：发动机化油器喉管第二节流体力学基础第一章空气动力学基础知识在无粘性气流中，所受合力为零。

在粘性气流中，所受合力不为零。

第三节空气的粘滞性和气流分离现象的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与第三节空气的粘滞性和气流分离现象三、气流分离现象在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面小，其压力较迎流面低。

而尾流区的压力与相邻流体压力接近。

这就使物体压差阻力”的作用。

只有在逆压梯度条件下才会产生分离。

逆压梯度越大，越易分离。

三、气流分离现象第一章空气动力学基础知识表示为与动压力、迎风面积成正比的形式：是表征汽车空气动力特性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与第一章空气动力学基础知识第五节汽车空气动力与空气动力矩Al Al2汽车空气动力学C d 总值：0.45A—形状阻力(C d =0.262)；B—干扰阻力(C d =0.064)；C—形状阻力(C d =0.053)；D—形状阻力(C d =0.031)；E—形状阻力(C d =0.040)。

汽车空气动力学原理及其在设计中的应用汽车空气动力学是研究汽车在运动过程中与空气之间相互作用的科学。

它涉及到车辆的流体力学、气动设计、空气阻力等方面的知识。

本文将介绍汽车空气动力学的基本原理，并探讨其在汽车设计中的应用。

一、汽车空气动力学的基本原理1. 空气阻力在汽车行驶的过程中，车辆与周围空气之间会产生阻力。

这种阻力随着车速的增加而增大，称为空气阻力。

空气阻力是影响汽车速度和燃油经济性的重要因素。

2. 升力和下压力除了空气阻力，汽车在行驶中还会产生升力和下压力。

升力使得车辆产生抬升的趋势，会影响行车的稳定性。

而下压力则会将车辆压低，增加接触地面的力量，提高操控性和行驶稳定性。

3. 尾流和气流分离车辆在行驶中，空气会沿着车辆表面形成尾流。

尾流的合理设计能够减小空气阻力，并且对后续车辆的性能也有影响。

此外，当车辆速度较高时，空气可能会在车身某些区域分离，导致气动失稳的现象。

二、汽车空气动力学在设计中的应用1. 外形设计汽车的外形设计直接影响空气动力学性能。

合理的外形设计可以降低空气阻力，提高燃油经济性，同时保持较低的风噪和振动。

通过采用流线型车身设计、减小车辆的投影面积和边缘曲率，可以降低空气阻力系数。

2. 风洞试验风洞试验是研究汽车空气动力学性能的重要手段。

通过在风洞中模拟车辆行驶的环境，可以测量空气动力学参数（如空气阻力、升力、下压力等）以及流场分布情况。

这些数据可以用于优化车辆设计，提高行驶稳定性和能效。

3. 尾流管理尾流对后续车辆的影响不容忽视。

通过设计后部扩散器、尾翼等装置，可以减小尾流对后车的阻力影响，提高行车安全性和经济性。

4. 空气动力学仿真借助计算流体力学（CFD）技术，可以进行空气动力学仿真，预测车辆在各种工况下的气动性能。

这种方法可以快速获取车辆的空气动力学特性，辅助设计优化，减少试验成本和时间。

5. 轮胎气动学车辆行驶时，轮胎与路面之间的气流也会对车辆性能产生影响。

通过优化轮胎的花纹和刚度，可以减小轮胎气动噪声，提高车辆的操控性和舒适性。