第二章空氣動(dòng)力學(xué)基本原理

1、第二章 空氣動(dòng)力學(xué)基本原理 本課程以空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)為理論基礎(chǔ)，分析汽車周圍的流場(chǎng)，研究作用在汽車上的氣動(dòng)力矩和氣動(dòng)力，并應(yīng)用這些成果改善汽車的性能，因此要深入研究汽車空氣動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題必須熟悉這些原理和有關(guān)應(yīng)用問(wèn)題，多數(shù)問(wèn)題在流體力學(xué)中都以涉及到，在此不再贅述，僅就和汽車比較密切的一些問(wèn)題加以論述 21 理想流體和不可壓縮流體一、流體能夠流動(dòng)的物質(zhì)叫流體。由分子構(gòu)成，都具有粘性、可以壓縮。二、理想流體假想沒(méi)有粘性的流體三、不可壓縮流體忽略壓縮性的流體。氣體可壓 液體不可壓、當(dāng)氣體流速小于100米/秒時(shí)，也可以視為不可壓縮流體，如低速風(fēng)洞中均不考慮壓縮性性。 22 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng) 流線

2、 跡線 流譜一、 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng) 風(fēng)洞中提供 的流場(chǎng)是定常的。二、 流線 跡線 流譜 性質(zhì) 定常流動(dòng)中跡線和流線重合，如 圖22 23 流體流動(dòng)的連續(xù)性方程和 伯努里方程 一、連續(xù)性方程（條件定常）w 1、 可壓縮 意義：質(zhì)量流量為常數(shù)。 2、 不可壓 意義: 體積流量為常數(shù)。二、伯努里方程意義： 02121pVpCAVAV221124 附面層及其分離現(xiàn)象 一 、 附 面 層的概念定義：粘性流體繞流物體時(shí)在壁面附近速度急劇變化的薄層。如圖24 機(jī)翼和平板上的附面層 2、 特點(diǎn)（1）內(nèi)部旋渦強(qiáng)度大慣性力和粘性力具有同樣的數(shù)量級(jí)為粘性流體的有旋流動(dòng)（2）外部旋渦強(qiáng)度小，慣性力大于大于粘性力，

3、為理想流體的無(wú)旋流動(dòng)。（3） 厚度很小 。（4）在同一截面上壓強(qiáng)相等 3、層流附面層和紊流附面層 判別準(zhǔn)則 V 邊界上的速度 x駐點(diǎn)到轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的距離 運(yùn)動(dòng)粘度 臨界雷諾數(shù) 在平板上 51053106 VxReecR二、分離現(xiàn)象分析當(dāng)粘性流體流過(guò)曲面物體時(shí)要發(fā)生分離現(xiàn)象如圖251、M點(diǎn)之前 2、M點(diǎn) 3、S點(diǎn)分離點(diǎn)4、ST間斷面 5、旋渦區(qū)壓差阻力 6、汽車上的情況。 25 升力和阻力 一、流體對(duì)機(jī)翼的作用力理想流體繞流機(jī)翼時(shí)，由于上下表面彎度不同，上下氣流不對(duì)稱，形成圖27所示的壓強(qiáng)分布，將這個(gè)不對(duì)稱的壓強(qiáng)在整個(gè)機(jī)翼表面上積分，則得到力R ， 將R分解到x y方向 上，就可以得到升力和阻力。關(guān)于

4、升力的討論1、Y和物體的形狀有關(guān)。2、Y正比于速度的平方。3、Y與物體在流場(chǎng)中的方位有關(guān)Y 攻角 。二、關(guān)于阻力下節(jié)討論26 摩擦阻力和壓差阻力 一、摩擦阻力 1、 形成原因附面層內(nèi)存在速度梯度 2、 影響因素 a、物體形狀 b、邊界層內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài) 二、壓差阻力 1、形成原因 理想流體繞流圓柱體時(shí)，既無(wú)升力也無(wú)阻力，粘性流體時(shí)產(chǎn)生摩擦和附面層分離造成物體前后壓強(qiáng)不對(duì)稱則 XpdAPsin2、 影響因素a、 來(lái)流速度，同樣的物體來(lái)流速度不同不同，分離點(diǎn)的位置不同，則不同。b、物體的形狀 流線體很小，突然中斷的截尾形狀很大，為摩擦阻力的數(shù)十倍。c.在流場(chǎng)中的方位。 27 誘導(dǎo)阻力一、有限翼展的情況

5、 產(chǎn)生后緣旋渦和翼梢旋渦。二、誘導(dǎo)阻力形成的原因由于上述旋渦的存在產(chǎn)生一個(gè)誘導(dǎo)速度W，由V和W合成V升力則垂直于V ，將其在y方向和x方向上分解，則得到誘導(dǎo)阻力。誘導(dǎo)阻力 和粘性無(wú)關(guān)。三、汽車上的誘導(dǎo)阻力 汽車近似于一個(gè)有限翼展的機(jī)翼，底部壓強(qiáng)大于上部的壓強(qiáng)，在汽車側(cè)面產(chǎn)生由車底向上的流動(dòng)，產(chǎn)生誘導(dǎo)旋渦，如圖212也產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力。28 作用在汽車上的 氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩 一、氣動(dòng)力1、氣動(dòng)阻力2、升力 Y3、側(cè)向力Z 二、氣動(dòng)力矩 1、側(cè)傾力矩 2、橫擺力矩 3、側(cè)縱傾力矩XXXXpFiMXyYxzccMZxycMZyxc三、力系數(shù)和力矩系數(shù)1、力系數(shù)阻力系數(shù) 升力系數(shù)升力系數(shù)側(cè)向力系數(shù)側(cè)向力系數(shù)AVXCx221AVYCy221AVZCz2212、力矩系數(shù)縱傾力矩系數(shù)橫擺力矩系數(shù)側(cè)傾力矩系數(shù)其中：A-汽車正投影面積 l-汽車長(zhǎng)度AlVMmzz221AlVMmyy221AlVMmxx221寬寬dVReAVDCD221圓圓 柱柱半半 管管半半 管管方方 柱柱平平 板板橢橢 柱柱橢橢 柱柱dVReAVDCD221球球半半 球球半半 球球方方 塊塊方方 塊塊矩矩 形形 板板(長(zhǎng)長(zhǎng)/寬寬=5) 104 1051.2 4 1041.2 4 1042.3 3.51042.0 1041061.98 1105