生活中的流體力學(xué)

1、你發(fā)現(xiàn)沒有，高爾夫球的表面做成有凹點(diǎn)的粗糙表面，而不 是平滑光趟的表面，就是利用粗糙度使層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界雷諾數(shù) 減小，使流動(dòng)變?yōu)槲闪鳎詼p小阻力的實(shí)際應(yīng)用例子。最初，高爾夫 球表面是做成光滑的， 后來(lái)發(fā)現(xiàn)表面破損的舊球反而打的更遠(yuǎn)。 原來(lái) 是臨界 Re 數(shù)不同的結(jié)果。高爾夫球的直徑為毫米，光滑球的臨界 RE 數(shù)為XE 5，相當(dāng)于自由來(lái)流空氣的臨界速度為 135米/秒，實(shí)際上由 于制造得不可能十分完善， 速度要稍微低一些。 一般高爾夫球的速度 達(dá)不到這么大，因此，空氣繞流球的情況屬于小于臨界 Re數(shù)的情況， 阻力系數(shù)Cd較大。將球的表面做成粗糙面，促使流動(dòng)提早轉(zhuǎn)變?yōu)槲?流，臨界RE數(shù)降低到E

2、5,相當(dāng)于臨界速度為35米/秒，一般高爾夫 球的速度要大于這個(gè)速度。因此，流動(dòng)屬于大于臨界Re數(shù)的情況，阻力系數(shù)Cd較小，球打得更遠(yuǎn)。乒乓球運(yùn)動(dòng)時(shí)分離則屬于層流分離。同樣在游泳的時(shí)候，也受到流體的作用。游泳是在水中進(jìn)行 的周期性運(yùn)動(dòng)。 人在水中的漂浮能力與身體所持姿勢(shì)直接相關(guān)。 身體 保持流線型（吸足氣），使重心與水的浮心接近一條直線，就能漂浮 較長(zhǎng)時(shí)間；如果先吸足氣，雙臂卻緊貼體側(cè)，胸腔雖充足氣，但下肢 相對(duì)上身比重較大， 下肢很快就會(huì)下沉。 因此， 游泳不但要充分利用 水的浮力， 而且要盡量減少失去浮力的時(shí)間， 如頭不要抬得太高， 身 體不能起伏轉(zhuǎn)動(dòng)太大，空中移臂時(shí)間宜短等。游泳者游進(jìn)時(shí)受

3、到相反方向的阻力作用。游泳的阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物體的形狀阻力。 設(shè)流線型物體的阻力為 1， 那么其他形狀物體的阻力就大幾倍甚至 100 倍。推進(jìn)力是指做臂劃水 或腿打水（蹬夾水） 動(dòng)作時(shí)給水一個(gè)作用力， 水就給人體一個(gè)力量大 小相等的反作用力， 這個(gè)力就叫推進(jìn)力。 游泳就是靠臂繞肩關(guān)節(jié)和腿 繞髖關(guān)節(jié)， 以復(fù)雜的弧線做圓周運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)原理， 角 速度相等時(shí)，半徑越長(zhǎng)線速度越大。所以，游泳運(yùn)動(dòng)過程中，距肩和 髖最遠(yuǎn)的手和腳的速度最大。臂劃水的作用面是手掌和前臂，腿打、 踢水的作用面主要是腳面和小腿前側(cè)； 腿蹬夾水的主要作用面則是腳 和小腿內(nèi)側(cè)。增加這些部位對(duì)水的橫切面（

4、如佩帶蹼具等），就能產(chǎn) 生更大的推進(jìn)力。在我們身邊來(lái)來(lái)往往飛馳的汽車，更是與流體力學(xué)的巧妙結(jié) 合。汽車發(fā)明于 19 世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為汽車的阻力主要來(lái)自前部 對(duì)空氣的撞擊， 因此早期的汽車后部是陡峭的， 稱為箱型車， 阻力系 數(shù)（CD很大，約為。實(shí)際上汽車阻力主要來(lái)自后部形成的尾流，稱 為形狀阻力。20 世紀(jì) 30 年代起，人們開始運(yùn)用流體力學(xué)原理改進(jìn)汽車尾 部形狀，出現(xiàn)甲殼蟲型，阻力系數(shù)降至。 20世紀(jì) 5060年代改進(jìn)為 船型，阻力系數(shù)為。 80 年代經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究后，又改進(jìn)為魚 型，阻力系數(shù)為，以后進(jìn)一步改進(jìn)為楔型，阻力系數(shù)為。90 年代后，科研人員研制開發(fā)的未來(lái)型汽車， 阻力系

5、數(shù)僅為。 可以說汽車的發(fā)展 歷程就是代表了流體力學(xué)不斷完善的過程。以卡車為例，影響和提升汽車的動(dòng)力特性的裝置主要的是它 的導(dǎo)流罩。 研究表明，在廂式貨車上安裝導(dǎo)流罩， 可以大幅度的降低 氣動(dòng)阻力、節(jié)省燃料消耗。 安裝導(dǎo)流罩使得氣動(dòng)阻力系數(shù)曲線上的臨 界雷諾數(shù)增大 : 設(shè)置薄壁式的導(dǎo)流罩底邊和駕駛室頂面之間的間隙， 可以增強(qiáng)導(dǎo)流罩的減阻效果。 在廂式貨車尾部安裝渦流穩(wěn)定器， 可以 降低尾渦區(qū)內(nèi)氣流能量的消耗，使靜壓回升，壓差阻力減小。前上部導(dǎo)流罩裝在駕駛室頂上，能將迎面氣流導(dǎo)向車頂和側(cè) 圍，消除或向高出駕駛室頂部以及駕駛室與貨箱之間空間的影響。 他 有三種形式： 板罩式， 立體式和渦流凹板式，

6、三種形式分別可使氣動(dòng) 阻力降低 20%30%，25%35%，15%20%，第一種已被大量采用，第二 種用得比較廣， 第三種使用的有限。 前下部導(dǎo)流罩和前側(cè)阻翼板， 倆 者均裝在保險(xiǎn)杠上，下部導(dǎo)流罩使進(jìn)入車下的導(dǎo)流不與車下部分突出 的構(gòu)建相互作用，從而可使汽車的氣動(dòng)阻力降低 10%15%。車身前側(cè) 導(dǎo)流罩和前側(cè)翼板， 這倆種裝置都在車身前部分的流線形， 可以改善 車身部分的流線形，使汽車的氣動(dòng)阻力分別降低 10%15%和 5%10%。 車身前端面和錐形分流器及駕駛室與車身之間的隔板， 這種裝置部分 或全部地?fù)踝●{駛室與貨廂只見的空隙， 以消除側(cè)風(fēng)的影響， 前者使 氣動(dòng)阻力降低 5%10%用得相當(dāng)

7、廣；后者使氣動(dòng)阻力降低 10%15%但用 得相當(dāng)少。導(dǎo)流罩對(duì)卡車的氣動(dòng)特性有很大的影響?？ㄜ囈捎幂o助措 施使其有平滑的過渡面， 是其表面外形不易產(chǎn)生渦流。 最重要的是導(dǎo) 流罩的處理， 應(yīng)由到氣流平順的流過頂蓋。 廂式貨車安裝導(dǎo)流罩可使 汽車表面的流譜發(fā)生重要變化，流譜的改變可大幅度的減小氣動(dòng)阻 力，對(duì)減阻節(jié)能意義重大。還有一個(gè)就是我們常說的飛機(jī)為什么要逆風(fēng)起飛的問題。 飛機(jī)逆 風(fēng)向起降的原因主要有兩個(gè)，一是可縮短飛機(jī)起飛或著陸的滑跑距 離，二是較安全。飛機(jī)起飛時(shí)，如果有風(fēng)迎面吹來(lái)，在相同速度條件 下，其獲得的升力就比無(wú)風(fēng)或順風(fēng)時(shí)大，因而就能較快地離地起飛。 迎風(fēng)降落時(shí)， 就可以借風(fēng)的阻力來(lái)減

8、小一些飛機(jī)的速度， 使飛機(jī)在著 陸后的滑跑距離縮小一些。機(jī)翼的側(cè)剖面是一個(gè)上緣向上拱起，下緣基本平直的形狀。 所以氣流吹過機(jī)翼上下表面而且要同時(shí)從機(jī)翼前端到達(dá)后端， 從上緣 經(jīng)過的氣流速度就要比下緣的快 （因?yàn)樯暇壔《却螅?弧長(zhǎng)較長(zhǎng)， 就是 說距離較遠(yuǎn)） 。按照物理學(xué)的伯努利方程： 同樣是流過某個(gè)表面的流 體，速度快的對(duì)這個(gè)表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)要小。 因此就得出機(jī)翼上表面大 氣壓強(qiáng)比下表面的要小的結(jié)論， 這樣子就產(chǎn)生了升力， 升力達(dá)到一定 程度飛機(jī)就可以離地而起。根據(jù)公式，L= G*1/2* p *V*V*S。它的意義是：飛機(jī)升力是以下五個(gè)量的乘積：1. 升力系數(shù)C （那個(gè)C表示系數(shù)，I是角碼），它的值和飛機(jī)的迎風(fēng)角度等許多精細(xì)的變量有關(guān)，一般在零點(diǎn)幾。2. 二分之一就是3. 大氣密度p （飛機(jī)所在環(huán)境，可以是高空也可以是低空）4. 飛機(jī)相對(duì)于周圍大氣速度的平方 V2 （沒有角碼打不出來(lái) 只能這么表示）5. 機(jī)翼面積