空气动力学ch1

1、2014/2/261空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics第一章 基本概念武俊梅武俊梅空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics2 21.1 基本概念1.1 基本概念1.2 标准大气1.2 标准大气目录2014/2/262空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics3 31.1 基本概念回顾1.1 基本概念回顾连续介质流动：流体的分子平均自由程远远小于物体的特征尺寸时（)时，对物体而言，流体连绵不断、没有间隙地充满整个流动空间，流场是连续的。（Continuum flow）。1l L 自由程：自由程：一个气体分子与相邻分子碰撞所走过的距离，一个气体分子与相邻分子碰撞所走过的距离，l。气体中所有分子的自由程的平均值定义为气体中所有分子的自由程

2、的平均值定义为分子平均自由程分子平均自由程。 在一般温度、压力条件下，气体。 在一般温度、压力条件下，气体分子平均自由程分子平均自由程数量级为数量级为10-8mm。1 连续介质1 连续介质Attention：普通空气动力学研究的空气均看做连续介质。普通空气动力学研究的空气均看做连续介质。空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics4 4气体分子平均自由程和物体特征尺寸的量级相同时，气体分子和物体表面碰撞不是很频繁，物体表面能清楚感觉到单个分子的碰撞。（Free Molecular Flow）如120km的高空，l 达到200mm，属于稀薄空气动力学的范畴。自由分子流：气体分子平均自由程和物体特征尺寸的量级相同时，气体分子和物体表面碰撞不是很频繁，物体表面能清楚感觉到单个分子的碰撞。（Free Molecular Flow）如120km的高空，l 达到200mm，属于稀薄空气动力学的范畴。等离子体流动：距地80上千米的大气热层，空气发生电离，成为自由电子、带正电的离子和中性粒子构成的能量很低的准中

3、性等离子体区域。要考虑电磁力的影响。等离子体是物质存在的第四种状态。本课程中研究的空气流动：低速空气动力学、高速空气动力学、甚至超高速空气动力学都把空气看成连续介质，此时流体的一切物理性质，如压强、密度、温度及宏观速度等均可以表达为空间、时间的连续可微函数，便于用数学分析的工具来描述问题。2014/2/263空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics5 52 流体的密度、压强、温度2 流体的密度、压强、温度Conclusions： 1.密度、压强、温度是空气流动过程中最重要的参数。2.空气的密度、压强、温度随位置、时间的变化而变化。 3.看做连续介质的空气的密度、压强、温度存在依存关系 完全气体状态方程1.密度、压强、温度是空气流动过程中最重要的参数。2.空气的密度、压强、温度随位置、时间的变化而变化。 3.看做连续介质的空气的密度、压强、温度存在依存关系 完全气体状态方程： 通用气体常数，=8314.3 J/kmolK：气体的分子量，kg/kmol：气体常数，与气体种类有关，空气 R = 2

4、87 J/kgKrRpTMRrMpRT或R空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics6 63 空气的性质3 空气的性质声速：微弱扰动（密度波）在介质中的传播速度。扰动传播时会引起沿途介质的压力和密度的微弱变化。推导得：可见，完全气体中的声速与介质种类和温度有关。对完全气体，可推得：a声速ddpc 可见，介质越不易压缩，介质中声速越大；介质越易压缩，介质中声速越小。RTpcQ1：水、空气、不可压缩流体，哪种介质的声速大？：水、空气、不可压缩流体，哪种介质的声速大？2014/2/264空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics7 7根据马赫数的大小，可以分为：低速流动：Ma0.3亚声速流动：0.3Ma1跨声速流动：Ma 1超声速流动：1Ma5高超声速流动：Ma5根据马赫数的大小，可以分为：低速流动：Ma0.3亚声速流动：0.3Ma1跨声速流动：Ma 1超声速流动：1Ma5高超声速流动：Ma5对于飞行器而言

5、，飞行速度与声速的比值对飞行器的气动特性有重要影响，也影响着空气的相对流动性。因此定义一无量刚数，马赫数：cVMa Q2：等速爬行的飞机，随着飞行高度的增加，Ma数如何变化？增大？减小？不变？：等速爬行的飞机，随着飞行高度的增加，Ma数如何变化？增大？减小？不变？空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics8 8压缩性/弹性：一定温度下，一定质量的流体的体积或密度随压强的变化而变化的性质。Attention：是否要考虑空气的压缩性取决于马赫数的大小。b空气的压缩性/弹性低速流动：Ma0.3，可以不考虑空气的压缩性高速流动：Ma0.3，要考虑空气的压缩性，即空气密度的变化。低速流动：Ma0.3，可以不考虑空气的压缩性高速流动：Ma0.3，要考虑空气的压缩性，即空气密度的变化。c流体的粘性du dn为动力粘性系数（dynamic viscosity），kg/(ms) 或 Pas2014/2/265空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学Aerodyna

6、micsAerodynamics流体动力粘性系数的影响因素：流体动力粘性系数的影响因素：温度升高时: 温度升高时: 1）气体分子运动加剧，动量交换激烈，使粘度相应增大。2）液体分子间平均距离增大，内聚力减小，使粘度减小。1）气体分子运动加剧，动量交换激烈，使粘度相应增大。2）液体分子间平均距离增大，内聚力减小，使粘度减小。9 91. 不同的介质值各不相同。2. 同一介质的值随温度而变化。3. 值和压强基本无关。 空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics1010萨瑟兰公式可以简化为：00nT T 0.75n 8 9n 90300KTK400500KTK空气粘性系数随温度的变化关系由萨瑟兰公式确定：1.5000TCT TTC 其中是时的粘性系数。常数00288.15TTK110.4CK smkg/107894. 15 02014/2/266空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics1111运动粘性系数的

7、大小除与流体种类、温度有关外，还与压强大小有关。运动粘性系数的大小除与流体种类、温度有关外，还与压强大小有关。在许多空气动力学问题里，粘性力和惯性力同时存在，在式子中在许多空气动力学问题里，粘性力和惯性力同时存在，在式子中 和和 往往以（往往以（/）的组合形式出现，称为）的组合形式出现，称为运动粘性系数（运动粘性系数（kinematic viscosity）。）。 Q3：什么关系？：什么关系？空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics1212传热性：流体中沿某一方向存在温度梯度时，热量就会从温度高的地方向温度低的地方传递的性质。傅里叶导热定律 ：单位时间通过单位面积的传热量与温度梯度成正比。负号表示热流方向与速度梯度方向相反。 ：热传导系数（导热系数），单位：W/(mK)。影响因素：1）介质种类；2）温度。常温下空气的热传导系数：2.4710-2W/(mK)d流体的传热性nTq2014/2/267空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学Aerod

8、ynamicsAerodynamics13134 流体模型4 流体模型理想流体理想流体：忽略粘性，0空气的粘性系数很小，当飞行器在空气中飞行，只有紧贴飞行器的边界层边界层内空气速度梯度较大，粘性力较大，边界层以外的大部分区域速度梯度很小，可以作为理想流体处理。Attention：按理想流体模型计算出的空气绕过翼型的流动特征和壁面压强分布，以及由此计算出来的绕流升力与实验结果比较吻合，证实了理想流体模型在这种情况下的适用性。所以计算升力时均按理想流体处理。这也是理想流体动力学理论解决飞行器绕流问题的价值。而计算阻力问题时粘性不能忽略。空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics1414不可压流体不可压流体：忽略密度的变化，：忽略密度的变化，常数实际流体都具有压缩性，但液体的体积弹性模量很大，一般可以作为不可压缩流体来处理。空气作为气体，密度很容易受到压强变化的影响，常数实际流体都具有压缩性，但液体的体积弹性模量很大，一般可以作为不可压缩流体来处理。空气作为气体，密度很容易受到压强变化的影响， 常数

9、。但当飞行器低速飞行，常数。但当飞行器低速飞行，Ma0.3Ma0.3时，速度变化带来压强变化，压强变化带来的时，速度变化带来压强变化，压强变化带来的密度变化5%密度变化5%，此时可以忽略密度的变化，以简化数学处理过程。高速空气动力学中空气一定要按可压缩流体对待，空气在飞行器附近流速的变化产生，此时可以忽略密度的变化，以简化数学处理过程。高速空气动力学中空气一定要按可压缩流体对待，空气在飞行器附近流速的变化产生强压缩波（激波）和膨胀波，流动、阻力特性完全不同于低速绕流。，流动、阻力特性完全不同于低速绕流。2014/2/268空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics1515绝热流体绝热流体：忽略流体的传热性，：忽略流体的传热性，=0。实际流体都具有传热性，但在低速流动中，除专门的传热问题外，一般不考虑流体的热传导性质。=0。实际流体都具有传热性，但在低速流动中，除专门的传热问题外，一般不考虑流体的热传导性质。Attention：在超声速、高超声速的流动中，边界层内存在很大的温度梯度，传热性能不得不考虑，这就是气动加热问题，飞行器外表面需要采取积极的应对措施，即要有热防护措施。：在超声速、高超声速的流动中，边界层内存在很大的温度梯度，传热性能不得不考虑，这就是气动加热问题，飞行器外表面需要采取积极的应对措施，即要有热防护措施。空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics空气动力学空气动力学AerodynamicsAerodynamics16161.2 标准大气1.2 标准大气大气是航空、航天器飞行的基本环境，任何成功的飞行均 基于对大气环境的充分认识上。 包围整个地球的空气总称为大气。地球外表面的大气层和 地球磁场共同构成保卫地球家园的屏障，阻止来自太阳和其它 天体的有害辐射，免受流星雨的袭击。大气层内温度、压强、 密度随高度发生变化。大气是航空、航天器飞行的基本环境，任何成功的飞行均 基于对大气环境

《空气动力学ch1》由会员ji****n分享，可在线阅读，更多相关《空气动力学ch1》请在金锄头文库上搜索。