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空气动力学基本概念：气动力系数：实验空气动力学与风

洞测试

1空气动力学基础

1.1流体动力学简介

流体动力学是研究流体（液体和气体）在运动状态下的行为及其与固体边

界相互作用的学科。在空气动力学中，我们主要关注气体的流动，尤其是空气。

流体动力学的基本方程包括：

连续性方程：描述流体质量守恒的方程。

动量方程：基于牛顿第二定律，描述流体动量变化的方程。

能量方程：描述流体能量守恒的方程。

1.1.1连续性方程

连续性方程基于质量守恒原理，对于不可压缩流体，可以表示为：

∂

+∇⋅=0

∂

∇

其中，是流体密度，是流体速度矢量，是梯度算子。对于不可压缩流

体，密度可以视为常数，因此方程简化为：

∇⋅=0

1.1.2动量方程

动量方程描述了流体在运动中受到的力，包括压力、粘性力和外力。对于

不可压缩流体，无粘性流动的动量方程（欧拉方程）可以表示为：

∂1

+⋅∇=−∇+

∂

其中，是流体压力，是外力（如重力）。

1.1.3能量方程

能量方程描述了流体的内能和动能的变化，对于不可压缩流体，可以表示

为：

∂

⋅⋅⋅

+∇+∇=

∂

其中，是流体的总能量，包括内能和动能。

1

1.2气动力学的基本原理

气动力学是流体动力学的一个分支，专注于气体流动对物体的作用力。这

些力可以分为两大类：

升力：垂直于物体运动方向的力。

阻力：平行于物体运动方向的力。

1.2.1伯努利定理

伯努利定理是流体动力学中的一个重要原理，它描述了流体速度与压力之

间的关系。在稳定流动中，流体的总能量（动能+势能+内能）是恒定的。伯努

利定理可以表示为：

1

2

++ℎ=常数

2

ℎ

其中，是流体速度，是流体的高度，是重力加速度。

1.2.2连续性方程在气动力学中的应用

连续性方程在气动力学中用于分析流体通过不同截面时的速度变化。例如，

当流体通过一个收缩的管道时，速度会增加，以保持质量流量的恒定。

1.3实验空气动力学与风洞测试

实验空气动力学通过物理实验来研究气动力学现象，其中风洞测试是最常

见的方法之一。风洞是一种封闭的实验设施，用于模拟物体在空气中运动的条

件，从而测量物体上的气动力和气动力矩。

1.3.1风洞测试的基本步骤

1.设计与构建模型：根据研究对象设计并构建缩放模型。

2.安装与校准：将模型安装在风洞中，并进行必要的校准。

3.数据采集：在不同风速下测量模型上的力和力矩。

4.数据分析：使用流体力学原理分析数据，计算升力、阻力等气动

力系数。

1.3.2气动力系数

气动力系数是标准化的气动力量，