各位兄弟谁有空气动力学的有关详细资料,谢了!
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时间:2024-08-17 13:35:32
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各位兄弟谁有空气动力学的有关详细资料,谢了!【专家解说】:空气动力学aerodynamics研究空气或其他气体的运动规律,空气或其他气体与飞行器或其他物体发生相对运动时的相互作用和
【专家解说】:空气动力学
aerodynamics
研究空气或其他气体的运动规律,空气或其他气体与飞行器或其他物体发生相对运动时的相互作用和伴随发生的物理化学变化的学科。流体力学的一个分支。它是在流体力学基础上随航空航天技术的发展而形成的一门学科。
研究内容 根据空气与物体的相对速度是否小于约100米/秒(相应马赫数约0.3) , 可分为低速空气动力学和高速空气动力学,前者主要研究不可压缩流动,后者研究可压缩流动。根据是否忽略粘性,可分为理想空气动力学和粘性空气动力学。作用于飞行器的升力、力矩问题,可主要通过理想空气动力学求解。按流场边界不同,气流有外流和内流之分。外流指一般飞行器绕流和钝体绕流,内流主要指管道、进气道、发动机内的流动。专门研究钝体绕流的称钝体空气动力学;专门研究内流的称内流空气动力学。自20世纪60年代以后,空气动力学逐渐向非航空航天的一般工业与经济领域扩展和渗透,形成了工业空气动力学。此外还有一些边缘性分支学科,如稀薄气体动力学、高温气体动力学和宇宙气体动力学等(见气体动力学)。
①钝体空气动力学。研究钝形物体的绕流问题。钝体常具有钝头、钝尾或带棱角的形状,如桥梁、塔架、采油平台、大型冷却塔、高层建筑、火车、汽车等。当风吹过这些物体或物体在空气中运动时便产生钝体绕流现象。流线型飞机在大迎角飞行时,也属钝体绕流范畴。钝体绕流通常伴有复杂的分离和旋涡运动,有时还会产生流致振动(即物体或结构被流动激发的振动)。这是由于分离涡从物面周期性发放时,物体受到周期变化的流体动力作用而发生的受迫振动,甚至导致共振或变形发散,使结构破坏。1940年美国塔科马悬索桥在自然风作用下发生强烈振动而断裂就是一例。为此,在建筑设计中必须考虑结构的固有频率,还要进行风洞实验 。常采取的措施有减小跨度,增加刚度,改善外形等,或设置动力阻尼器。
②内流空气动力学。主要研究各种管道(如喷管、扩压管等)内部空气或其他气体的流动规律及其与边界的相互作用;有时还包括管道内叶轮机(如压气机、涡轮等)中的流动问题。管道中的流动一般可按一维流动处理。中国学者吴仲华于20世纪50年代初创立了叶轮机械三元流动理论。内流空气动力学的研究方法与一般空气动力学并无明显的不同。
③工业空气动力学。主要研究大气边界层(受地面摩擦阻力影响的大气层区域)内风与人类活动、社会和自然环境相互作用的规律。很多情况下,也称为风工程。主要内容包括:大气边界层内的风特性,如速度分布、湍流分布等;风对建筑物或构筑物的作用,以及对果园、树林等的风害及其防治;建筑物或群体所诱致的局部风环境;风引起的质量迁移,如气态污染物的排放、扩散和弥散规律;交通车辆(如汽车、火车)的气动特性及减阻措施等;风能利用;风对社会、经济的其他影响等。主要通过现场实测和实验室模拟进行研究。为此建造了专用的大气边界层风洞和密度分层的水槽等设备。
研究方法 主要有理论和实验两个方面。
①理论研究遵循的一般原理是流动的基本定律,如质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律、热力学定律以及介质的物理属性和状态方程等。但在不同速度范围、流动特征,上述基本定律的表现形式(即控制方程)、求解的理论和方法有很大差异。在低速不可压缩流范围,求解的基本理论有理想无粘流的基本解法、升力线和升力面理论、保角转绘理论、低速边界层理论等。在亚声速流动范围,理想无旋流方程属非线性椭圆型偏微分方程,主要求解方法有小扰动线化理论、亚声速相似律(如普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式等)、速度面法等。在超声速流动范围,方程属非线性双曲型偏微分方程,主要理论处理方法有小扰动线化理论、相似律、特征线法等。在跨声速流动范围,流动比较复杂,方程属非线性混合型偏微分方程,求解难度很大,主要用数值求解方法,有时也可用相似律等。在高超声速流动范围,流动中出现很多物理化学变化如烧蚀、传热传质等 ,而且必须考虑气体真实效应和激波- 边界层干扰( 物面附近的激波同边界层之间的相互影响)。
②实验研究是以相似理论为指导,在实验设备(主要是风洞)中模拟真实飞行而求解流动问题。计算机的应用和发展,使空气动力学有了深刻而巨大的进展。
在理论研究方面,通过数值计算直接求解基本方程,逐渐形成了计算空气动力学。在实验方面,提高了实验的自动化、高效率和高精度水平。理论研究、实验研究、数值计算3方面的紧密结合 ,已成为现代空气动力学的主要特征 。空气动力学作为一门基础学科,对航空航天技术的发展起着重要作用,对一般工业如建筑、交通、能源、环境保护等技术的发展也起着日益显著的作用。
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