建筑工程-低速空气动力学基础知识

1 2 1 2 p v p v p 1 1 1 2 2 2 0 2 2
式中p1为Ⅰ截面的静压，p2为Ⅱ截面的静压， ρv2/2为动压（也称速压）； p0为总压。
所谓静压，即是流体流动时其本身实际具有的压
强； 动压为气体流动时由流速产生的附加压强，或者 说是单位体积流体所携带的动能； 总压是速度等于0时的静压。图
IV. 流线 流线是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线 上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点 的切线方向重合。图 (1) 非定常流时，由于流速随时间改变，经过同 一点的流线其空间方位和形状是随时间改变的。
(2) 定常流动时，由于流场中各点流速不随时间
变化，所以同一点的流线始终保持不变，且流线与
2.1.2 大气的物理性质
大气的物理性质包括大气的温度、压强（常称为
压力）、密度（或比重）、音速、粘性和压缩性等。
空气的粘性，是空气自身相互粘滞或牵扯的特性。 从本质上讲，粘性是流体内相邻两层间的内摩擦 力。
空气的粘性比水的要小。
空气的粘性和温度有关，温度高，空气的粘性大， 反之就小。 空气的粘性对飞机飞行的影响主要表现在其与飞 行的摩擦阻力有关。
在低速、定常（稳定）流动时，流场中的任一
点，气体的静压与动压之和为一常量，且等于其 总压，这就是伯努利定理。 也可以粗略地说，低速、定常（稳定）流动时， 流速小的地方，压强大；而流速大的地方压强小。 伯努利定理的应用也是有条件的，它只适应于低 速，即认为密度不变，不适应于高速；并且要求流 场中的气体不与外界发生能量交换。
(3) 平流层水汽含量也较少，天气变化小，对飞
行有利。 (4) 平流层大气质量约占整个大气的四分之一。
III. 中间层 中间层从平流层顶（50~55km）伸展到80km高 度。 这一层的特点是：气温随高度增加而下降，空气 有相当强烈的垂直运动。在这一层的顶部气温可低

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。

空⽓动⼒学部分知识要点空⽓动⼒学及飞⾏原理课程空⽓动⼒学部分知识要点⼀、流体属性与静动⼒学基础1、流体与固体在⼒学特性上最本质的区别在于：⼆者承受剪应⼒和产⽣剪切变形能⼒上的不同。

2、静⽌流体在剪应⼒作⽤下（不论所加剪切应⼒τ多么⼩，只要不等于零）将产⽣持续不断的变形运动（流动），换句话说，静⽌流体不能承受剪切应⼒，将这种特性称为流体的易流性。

3、流体受压时其体积发⽣改变的性质称为流体的压缩性，⽽抵抗压缩变形的能⼒和特性称为弹性。

4、当马赫数⼩于0.3时，⽓体的压缩性影响可以忽略不计。

5、流层间阻碍流体相对错动（变形）趋势的能⼒称为流体的粘性，相对错动流层间的⼀对摩擦⼒即粘性剪切⼒。

6、流体的剪切变形是指流体质点之间出现相对运动（例如流体层间的相对运动）流体的粘性是指流体抵抗剪切变形或质点之间的相对运动的能⼒。

流体的粘性⼒是抵抗流体质点之间相对运动（例如流体层间的相对运动）的剪应⼒或摩擦⼒。

在静⽌状态下流体不能承受剪⼒；但是在运动状态下，流体可以承受剪⼒，剪切⼒⼤⼩与流体变形速度梯度有关，⽽且与流体种类有关7、按照作⽤⼒的性质和作⽤⽅式，可分为彻体⼒和表⾯⼒（⾯⼒）两类。

例如重⼒，惯性⼒和磁流体具有的电磁⼒等都属于彻体⼒，彻体⼒也称为体积⼒或质量⼒。

8、表⾯⼒：相邻流体或物体作⽤于所研究流体团块外表⾯，⼤⼩与流体团块表⾯积成正⽐的接触⼒。

由于按⾯积分布，故⽤接触应⼒表⽰，并可将其分解为法向应⼒和切向应⼒：9、理想和静⽌流体中的法向应⼒称为压强，其指向沿着表⾯的内法线⽅向，压强的量纲是[⼒]/[长度]210、标准⼤⽓规定在海平⾯上，⼤⽓温度为15℃或T0=288.15K ，压强p0 = 760 毫⽶汞柱= 101325⽜/⽶2，密度ρ0 =1.225千克/⽶311、从基准⾯到11 km 的⾼空称为对流层，在对流层内⼤⽓密度和温度随⾼度有明显变化，温度随⾼度增加⽽下降，⾼度每增加1km，温度下降6.5 K。

生变形运动。
3.
当
du dy
0
时，τ＝0，即只要流体静止或无变形，就不存在剪应力，
流体不存在摩擦力。
因此牛顿粘性应力公式可看成流体易流性的数学表达。
基本物理特性
速度梯度 du/dy 物理上也表示流体质点剪切变形速度或角变形率 dθ/dt 。如图所示：
u+du
dy
d
u dudt
∴ d =dudt/dy
如讨论P点处压强，在周围取如图微元4面体ABCO,作用在各表面的压
强如图所示，理想流体无剪切应力，由于dx、dy、dz 的取法任意，故面
ABC的法线方向n 方向也是任意的。
分别沿 x、y、z 三个方向建立力的平衡关系：
x方向合外力＝质量×加速度（x方向）
px
1 2
dydz

pnds cos(n,
x)
m2 s
，称为运动粘性系数(读[nju
:])
空气粘性不大,初步近似可忽略其粘性作用，忽略粘性的流体称为理 想流体。
作用在流体微团上力的分类
按照作用力的性质和作用方式，可分为彻体力和表面力两类
彻体力：外力场作用于流体微团质量中心，大小与微团质量成正比 的非接触力。
例如重力，惯性力和磁流体具有的电磁力等都属于彻体力，彻体力 也称为体积力或质量力。
由连续质点组成的质点系称为流体微团。
基本物理特性
一般用努生数即分子平均自由程与物体特征尺寸之比来判断流体是否满足 连续介质假设 ：
l / L 1 对于常规尺寸的物体只有到了外层大气中，l /l L 才可能等于甚至大于 1
一旦满足连续介质假设，就可以把流体的一切物理性质如密度、压强、 温度及宏观运动速度等表为空间和时间的连续可微函数，便于用数学分析工 具来解决问题。