空气动力学及Ansys 基础.doc

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1、空气动力学基础O.大气物理性质（Atmosphericphysicalproperty）空气密度：空气密度是指单位体积的空气质量，取决于分子数的多少，也就是空气稠密的程度。空气密度大，比较稠密，物体在空气中运动所受阻力越大；空气密度小，比较稀薄，物体所受阻力小。空气温度：空气温度表示空气的冷热程度，是分子不规则热运动的平均速度的表现形式。分子运动速度大，即分子的平均动能大，则空气温度高；分子运动速度小，即分子的平均动能小，则空气温度低。空气压强：空气压强指单位面积上所承受的空气垂直作用力。产生空气压强的原因是空气分子连

2、续不断撞击物体表面作用的结果。它与分子热运动的平均动能成正比，取决于单位体积的分子数目、分子质量和分子运动的平均速度。A.理想流体（IdealFluid）和粘性流体（ViscousFluid）：流体在静止时虽不能承受切应力，但在运动时，对相邻的两层流体间的相对运动，即相对滑动速度却是有抵抗的，这种抵抗力称为粘性应力。流体所具备的这种抵抗两层流体相对滑动速度，或普遍说来抵抗变形的性质称为粘性。粘性的大小依赖于流体的性质，并显著地随温度变化。实验表明，粘性应力的大小与粘性及相对速度成正比。当流体的粘性较小（实际上最重要的流

3、体如空气、水等的粘性都是很小的），运动的相对速度也不大时，所产生的粘性应力比起其他类型的力如惯性力可忽略不计。此时我们可以近似地把流体看成无粘性的，这样的流体称为理想流体。十分明显，理想流体对于切向变形没有任何抗拒能力。这样对于粘性而言，我们可以将流体分为理想流体和粘性流体两大类。应该强调指出，真正的理想流体在客观实际中是不存在的，它只是实际流体在某些条件下的一种近似模型。B.牛顿流体（NewtonianFluid）和非牛顿流体（non-NewtonianFluid）：依据摩擦剪应力与速度变化率的关系不同，粘性流体又分

4、为牛顿流体和非牛顿流体。牛顿摩擦定律表示：流体摩擦剪应力和单位距离上的两层流体间的相对速度成比例。比例系数µ称为流体动力粘度，常简称为粘度。它的值取决于流体的性质、温度和压力大小。若µ为常数，则称为牛顿流体，否则为非牛顿流体。空气、水等均为牛顿流体；聚合溶液、含有悬浮粒杂质或纤维的流体为非牛顿流体C.可压缩流体（CompressibleFluid）和不可压缩流体（IncompressibleFluid）：在流体的运动过程中，由于压力、温度等因素的改变，流体质点的体积（或密度，因质点的质量一定），或多或少有所改变。流体质

5、点的体积或密度在受到一定压力差或温度差的条件下可以改变的这个性质称为压缩性。真实流体都是可以压缩的。它的压缩程度依赖于流体的性质及外界的条件。例如水在100个大气压下，容积缩小0.5%，温度从20°变化到100°，容积降低4%。因此在一般情况下液体可以近似地看成不可压的。但是在某些特殊问题中，例如水中爆炸或水击等问题，则必须把液体看作是可压缩的。气体的压缩性比液体大得多，所以在一般情形下应该当作可压缩流体处理。但是如果压力差较小，运动速度较小，并且没有很大的温度差，则实际上气体所产生的体积变化也不大;此时，也可以近似地

6、将气体视为不可压缩的。在可压缩流体的连续方程中含密度，因而可把密度视为连续方程中的独立变量进行求解，再根据气体的状态方程求出压力。不可压流体的压力场是通过连续方程间接规定的。由于没有直接求解压力的方程，不可压流体的流动方程的求解具有其特殊的困难。D. 层流（LaminarFlow）和湍流（TurbulentFlow）：实验表明，粘性流体运动有两种形态，即层流和湍流。这两种形态的性质截然不同。层流是流体运动规则，各部分分层流动互不掺混，质点的轨线是光滑的，而且流动稳定。湍流的特征则完全相反，流体运动极不规则，各部分激烈掺

7、混，质点的轨线杂乱无章，而且流场极不稳定。这两种截然不同的运动形态在一定条件下可以相互转化。E. 定常流动（SteadyFlow）和非定常流动（UnsteadyFlow）：以时间为标准，根据流体流动的物理量（如速度、压力、温度等）是否随时间变化，将流动分为定常与非定常两大类。当流动的物理量不随时间变化，为定常流动；反之称为非定常流动。定常流动也称为恒定流动，或者稳态流动；非定常流动也称为非恒定流动、非稳态流动。许多流体机械在起动或关机时的流体流动一般是非定常流动，而正常运转时可看作是定常流动。F. 亚音速流动(Subs

8、onic)与超音速流动（Supersonic）：当气流速度很大，或者流场压力变化很大时，流体就受到了压速性的影响。马赫数定义为当地速度与当地音速之比。当马赫数小于1时，流动为亚音速流动；当马赫数远远小于1（如M<0.1）时，流体的可压速性及压力脉动对密度变化影响都可以忽略。当马赫数接近1时候（跨音速），可压速性影响就显得十分重要了