十三、阻力与升力实验.PDFVIP

十三 、阻力與昇力實驗 目的： 探討不同形體在流場中所承受之阻力(拖曳力)阻力係數CD 值，以及受流體 作用所產生之昇力與昇力係數CL 值。 儀器設備 ： 實驗水槽 、不同形體模型(正方形 、矩形 、流線形 、大魚 、小魚) 、直立桿 、 阻力儀、昇力儀 。 正方形 矩形 流線形 大魚 小魚 13-1 理論 ： 1. 物體在流場中運動，其受力主要來自於黏滯力與壓力作用。我們將物體所受 之合力分為阻力與昇力兩個部分；阻力為平行於流場方向所受之力，昇力為 垂直於流場方向所受之力 ，如圖 1 所示。 圖 1. 阻力與昇力示意圖 (參考文獻2) 2. 物體所承受之阻力 ，可以阻力係數CD 表示，其為一無因次阻力，定義如下 ： F C D D 1 2 (1) U A 2 式中FD 為阻力，U 為流場中不受阻礙物影響之流速 ，為流體密度，A 為 投影面積 。 3. 物體所承受之昇力 ，可以昇力係數CL 表示 ，其為一無因次昇力，定義如下 ： F C L L 1 2 (2) U A 2 式中FL 為昇力。 4. 影響阻力係數之因素主要為物體形狀 、流場雷諾數及物體表面粗糙度。圖2 為阻力係數與長寬比之關係圖 ，當長寬比愈大時，阻力係數愈小，因為物體 形狀愈趨近流線狀 ，導致流場分離點漸延後 ，阻力因而漸小 。 FD FD 圖 2. 阻力係數與物體長寬比之關係圖 (參考文獻2) 13-2 5. 圖3 為阻力係數與流場雷諾數之關係圖，由圖可看出當流場雷諾數漸大，阻 力係數漸小。因為流場隨雷諾數增大，擾動程度亦增大 ，使得流場分離點延 5 後，阻力因此遞減 ；當流場雷諾數約在10 時產生臨界點 ，阻力遽減 ，阻力 係數會有最低值產生。 圖 3. 阻力係數與流場雷諾數之關係圖 (參考文獻2) 6. 圖4 為阻力係數與物體表面粗糙度之關係圖，當物體表面愈光滑，即表面粗 糙度愈小時 ，流場分離點愈向後移動 ，阻力係數因此愈小。 圖 4. 阻力係數與物體表面粗糙度之關係圖 (參考文獻2) 13-3 7. 影響昇力係數之因素則以物體形狀為主 。對稱性形體(圖 5) ，若行進方向與 流場方向平行(攻角α 0)，則所受之昇力為0 ；非對稱性形體(圖6) 則會因不 同長寬比Α與不同攻角 α之影響 ，昇力係數產生差異(圖7) 。 圖 5. 對稱性形體行進方向與流場方向呈α角度 (參考文獻2) 圖 6. 非對稱性形體行進方向與流場方向呈α角度 (參考文獻2)