汽车空气动力学课件-第三章.pptVIP

汽车空气动力学基础 吴允柱 yzwu@ 3.1 流体的性质 3.1 流体的性质 3.1.1 真实流体和理想流体 真实流体（粘性流体）：必须考虑粘性和热传导性的流体 理想流体（完全流体）：无粘性和无热传导性的流体 二者的主要区别： 在速度分布不均匀的流场中，真实流体的质点与质点之间有切应力的作用，而理想流体没有；（粘性的有无） 在温度分布不均匀的流场中，真实流体和质点和质点之间有热量传递，而理想流体没有；（热传导性的有无） 真实流体附着于固体表面，即在固体表面上的流体流速与固体的速度相同，而理想流体在固体表面上发生相对滑移； （粘性） 真实流体在固体表面具有与固体相同的温度，而理想流体在固体表面上与固体之间发生温度突越。 （热传导性） 3.1.2 流体的密度、压强和温度 密度、压强和温度是表征流体状态的三个基本参数。 密度 3.1.2 流体的密度、压强和温度 压强 3.1.2 流体的密度、压强和温度 完全气体的状态方程 密度、压强和温度是表征流体状态的三个基本参数，三者不是相互独立的，而是存在一定的关系。 对于路面上行驶的汽车(包括赛车)所达到的最高速度都低于声速的1/3，可以认为空气是不可压缩的，其密度不变。根据美国标准，在海平面条件（P＝101.325kPa，T＝288K）下，大气密度＝1.225kg/m3。 3.1.3 流体的压缩性和膨胀性 若温度不变，流体的体积随压强的增加而缩小，这种特性称为流体的压缩性。通常用压缩率表示。 3.1.3 流体的压缩性和膨胀性 若压强不变，流体的体积随温度升高而增大，这种特性称为流体的膨胀性。通常用体胀系数表示。 3.1.4 流体的粘性 流体具有抵抗各层之间相对滑动的性质，叫做粘性。 粘性定律 不同速度层之间必有摩擦力存在，单位面积的摩擦力称为摩擦应力，记为 ，速度梯度越大的地方摩擦应力越大。 3.1.4 流体的粘性 运动粘度 在流动问题里，惯性力总是与粘性力并存， 和 往往以组合形式出现，该比值称为运动粘度。 3.1.4 流体的粘性 真实流体都具有粘性，但在很多情况下，流体的粘性对流动的影响很小，可以忽略不计，因此假设流体为“理想流体”。 绕物体流动的空气，除了在具有很大速度和温度变化的区域以外，对大多数区域来说，假设流体不具有粘性是与真实情况很逼近的。在理想流体情况下，流体运动的基本方程变得比较简单，应用这些方程，便于研究流体的基本流动规律，因此，“理想流体”假设具有实用意义。 3.1.5 流体的热传导性 绝大多数流体的热传导性都是各向同性的，其热传导规律遵从傅立叶定律： 傅立叶定律 单位面积和时间的热量变化q与温度梯度成正比，热量变化的正方向与温度梯度相反。 3.2 流体阻力的理论 3.2.1 流体阻力的试验现象 1. 圆柱体与流线形物体的流态和阻力 3.2.1 流体阻力的试验现象 流线形物体的流态和阻力 3.2.2 基本概念——流态与雷诺数 层流：分层流动，彼此各不相扰。 紊流：不规则的运动把各层流体搅混了，这种流态称为紊流（湍流）。 雷诺数决定流态 其中， 代表物体的特征长度（如圆柱体， 是其直径）。 雷诺数大到一定程度后，流动会由层流流态转变为紊流流态，层流变紊流是一种不稳定现象。 3.2.2 基本概念——流态与雷诺数 雷诺数相当于运动流体具有的惯性力与所受的粘性力之比。 因此，雷诺数越小的流动，粘性作用越大（相对于惯性力而言），反之亦然。 在管道中，当雷诺数较小时，流体粘性作用较强，流动比较规则地成层流流动；当雷诺数较大时，流体的惯性作用较大，稍有扰动即发生紊乱，形成紊流。 3.2.2 基本概念——边界层 速度小于99％ 的区域叫做边界层。 边界层外的流动可近似地当作理想流体来看，由于 值很小可以忽略不计。 边界层内的流动有层流和紊流两种。 转捩点：层流向紊流过渡的区域可以近似看成一点，叫做转捩点。 分离点：气流与物体发生分离的点。 3.2.2 基本概念——边界层 边界层厚度与雷诺数成反比，雷诺数越大，边界层越薄，反之亦然。 边界层厚度亦随流动距离的增大而增大。 在相同雷诺数下，紊流边界层的厚度比层流的大；随着流动距离的增大，紊流边界层厚度比层流边界层的厚度增长得快。 在边界层内，在同一条法线上，物面上的压强与边界层边界上的压强相等。 可认为粘性只