《空氣動(dòng)力學(xué)資料》ppt課件

1、流 體 力 學(xué) Fluid Mechanics張震宇南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院第一部分簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介n空氣動(dòng)力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué) (Aerodynamics) n課程類別課程類別 ：必修課：必修課 n面對(duì)航空類本科生的專業(yè)根底課程面對(duì)航空類本科生的專業(yè)根底課程n42學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)第一部分課程構(gòu)造第一部分課程構(gòu)造n預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)n偏微分方程、微積分、矢量分析、場(chǎng)論偏微分方程、微積分、矢量分析、場(chǎng)論n守恒律、熱力學(xué)定律守恒律、熱力學(xué)定律n根本原理根本原理n空氣動(dòng)力學(xué)、流膂力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)、流膂力學(xué)n無粘不可壓流動(dòng)無粘不可壓流動(dòng)nBernoulli Bernoulli 方程、位流實(shí)際、根本解、方程、位流實(shí)際、根本解

2、、K-JK-J定理定理n無粘可壓流動(dòng)無粘可壓流動(dòng)n熱力學(xué)定律、等熵流動(dòng)、激波實(shí)際、高速管流熱力學(xué)定律、等熵流動(dòng)、激波實(shí)際、高速管流第二部分課程構(gòu)造此處從略第二部分課程構(gòu)造此處從略n低速翼型實(shí)際低速翼型實(shí)際n幾何特點(diǎn)、幾何特點(diǎn)、K-JK-J后緣條件、薄翼型實(shí)際后緣條件、薄翼型實(shí)際n低速機(jī)翼氣動(dòng)特性低速機(jī)翼氣動(dòng)特性nB-SB-S定律、升力線面實(shí)際定律、升力線面實(shí)際n亞音速空氣動(dòng)力學(xué)亞音速空氣動(dòng)力學(xué)n小擾動(dòng)線化實(shí)際、薄翼型機(jī)翼氣動(dòng)特性小擾動(dòng)線化實(shí)際、薄翼型機(jī)翼氣動(dòng)特性n超音速空氣動(dòng)力學(xué)超音速空氣動(dòng)力學(xué)n薄翼型線化實(shí)際、跨音速流動(dòng)、高超音速流動(dòng)薄翼型線化實(shí)際、跨音速流動(dòng)、高超音速流動(dòng)n計(jì)算流膂力學(xué)計(jì)算

3、流膂力學(xué)CFDCFDn網(wǎng)格生成、控制方程解算網(wǎng)格生成、控制方程解算背景閱讀背景閱讀n徐華舫，徐華舫，北航版，北航版nH. Schlichting, Boundary layer theorynJ.D. Anderson, Introduction to FlightnE.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering StudentsnG.K. Batchelor, An Introduction to Fluid DynamicsnD.J. Tritton, Physical Fluid Dynamicsnmath

4、world.wolfram/第一章第一章 流膂力學(xué)的根底知識(shí)流膂力學(xué)的根底知識(shí)n根本義務(wù)和研討方法根本義務(wù)和研討方法n流膂力學(xué)及空氣動(dòng)力學(xué)開展概述流膂力學(xué)及空氣動(dòng)力學(xué)開展概述n流體介質(zhì)的物理特性流體介質(zhì)的物理特性n氣動(dòng)力、力矩及氣動(dòng)力系數(shù)氣動(dòng)力、力矩及氣動(dòng)力系數(shù)n矢量和積分矢量和積分n控制體、流體微團(tuán)以及物質(zhì)導(dǎo)數(shù)控制體、流體微團(tuán)以及物質(zhì)導(dǎo)數(shù)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)Tacoma Narrows Bridge， 1940 研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)研討流體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)流膂力學(xué)的根本義務(wù)流膂力學(xué)的根本義務(wù)n研討對(duì)象：流體和固體

5、間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)研討對(duì)象：流體和固體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)n探尋流體運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律探尋流體運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)律n研討流體與固體之間的相互作用研討流體與固體之間的相互作用n運(yùn)用流膂力學(xué)規(guī)律處理工程技術(shù)問題運(yùn)用流膂力學(xué)規(guī)律處理工程技術(shù)問題n預(yù)測(cè)流膂力學(xué)新的開展方向預(yù)測(cè)流膂力學(xué)新的開展方向運(yùn)用領(lǐng)域運(yùn)用領(lǐng)域n飛行器、船舶設(shè)計(jì)飛行器、船舶設(shè)計(jì)n建筑設(shè)計(jì)、土木工程建筑設(shè)計(jì)、土木工程n熱能工程、傳熱學(xué)熱能工程、傳熱學(xué)n熱化學(xué)流膂力學(xué)熱化學(xué)流膂力學(xué)n生物流膂力學(xué)生物流膂力學(xué)n磁流膂力學(xué)磁流膂力學(xué)主要研討方法主要研討方法n實(shí)驗(yàn)研討實(shí)驗(yàn)研討n實(shí)際分析實(shí)際分析n數(shù)值計(jì)算數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備風(fēng)洞風(fēng)洞 wind tunnel水洞水洞

6、water tank激波管激波管 shock tube實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)n機(jī)械機(jī)械n光、電、聲、熱光、電、聲、熱流動(dòng)顯示技術(shù)流動(dòng)顯示技術(shù)實(shí)驗(yàn)研討方法實(shí)驗(yàn)研討方法n實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為真實(shí)、直接、可靠實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為真實(shí)、直接、可靠n限制要素限制要素n模型尺寸限制模型尺寸限制n實(shí)驗(yàn)邊境的影響實(shí)驗(yàn)邊境的影響n丈量過程的干擾丈量過程的干擾n大量的人力和物力耗費(fèi)大量的人力和物力耗費(fèi)實(shí)際分析方法實(shí)際分析方法n流動(dòng)的模型化流動(dòng)的模型化問題的籠統(tǒng)表達(dá)問題的籠統(tǒng)表達(dá)n找出主要要素，忽略次要要素找出主要要素，忽略次要要素n控制方程的建立與解算控制方程的建立與解算n后處置和分析后處置和分析n未計(jì)及要素的修正未計(jì)及要素的

7、修正n有助于提示問題的內(nèi)在規(guī)律有助于提示問題的內(nèi)在規(guī)律n僅適用于簡(jiǎn)單問題僅適用于簡(jiǎn)單問題數(shù)值計(jì)算方法數(shù)值計(jì)算方法n求解方法多樣化求解方法多樣化n有限差分有限差分(FDM)(FDM)、有限元、有限元(FEM)(FEM)、有限體、有限體積方法積方法(FVM)(FVM)、譜方法、譜方法n對(duì)常規(guī)問題耗費(fèi)相對(duì)較小對(duì)常規(guī)問題耗費(fèi)相對(duì)較小n可用于解算復(fù)雜流場(chǎng)的流動(dòng)可用于解算復(fù)雜流場(chǎng)的流動(dòng)n精度、穩(wěn)定性、模型合理化精度、穩(wěn)定性、模型合理化流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述-1800Daniel I. Bernoulli (1700-1782)流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述-1800Leonhard Paul

8、Euler (1707-1783)Jean le Rond dAlembert (1717 1783) 流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Simon-Denis Poisson (1781 1840) Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749 - 1827)流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- William John Macquorn Rankine (18201872) Potential/flow functionSingular method/shock relationsHermann Ludwig Ferdinand von He

9、lmholtz(1821 1894) Vortex theory，Hydro-stability流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Claude-Louis Navier (1785 1836)Sir George Gabriel Stokes, 1st Baronet FRS (18191903)流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Osborne Reynolds (18421912) Nikolai Y. Zhukovsky (1847 1921)K-J theorem 流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Martin Wilhelm Kutta(1867-1944

10、) Ludwig Prandtl (1875 1953)流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Walter Tollmien (1900-1968)cordula-tollmien.de/genealogie.htmlHermann Schlichting (1907-1982)流膂力學(xué)開展概述流膂力學(xué)開展概述1800- Theodore von Krmn(1881 1963)錢學(xué)森(1911- )流體介質(zhì)的物理特性流體介質(zhì)的物理特性n延續(xù)介質(zhì)假設(shè)延續(xù)介質(zhì)假設(shè)n流體的密度、壓強(qiáng)和溫度流體的密度、壓強(qiáng)和溫度n完全氣體形狀方程完全氣體形狀方程n緊縮性、粘性和傳熱性緊縮性、粘性和傳熱性n流體的

11、模型化流體的模型化延續(xù)介質(zhì)假設(shè)延續(xù)介質(zhì)假設(shè)n分子平均自在程分子平均自在程n自在分子流自在分子流/非延續(xù)流動(dòng)非延續(xù)流動(dòng)n低密度流動(dòng)低密度流動(dòng)n延續(xù)流動(dòng)延續(xù)流動(dòng) continnum flow (lL)n延續(xù)介質(zhì)假設(shè)延續(xù)介質(zhì)假設(shè)流動(dòng)相關(guān)的物理量流動(dòng)相關(guān)的物理量流體的密度流體的密度dvdmdv0limdvdm流體的壓強(qiáng)流體的壓強(qiáng)dAdFdAdFpdA0lim流體的溫度流體的溫度kTKE23KEk流體的速度流體的速度StreamlineABFluid element完全氣體形狀方程完全氣體形狀方程),(TppRTp流體的緊縮性流體的緊縮性VdVdpE/ddpE VdVd流體的粘性流體的粘性nu流體的粘性

12、流體的粘性CTCT15.28815.2885 . 10空氣粘柱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团P式轉(zhuǎn)盤nvvAA空氣粘性實(shí)驗(yàn)流體的粘性流體的粘性流體的粘性流體的粘性流體的熱傳導(dǎo)特性流體的熱傳導(dǎo)特性nTq 流體流動(dòng)的不同范疇流體流動(dòng)的不同范疇nMach數(shù)n亞、跨、超、高超音速n可緊縮性n不可壓、可壓n粘性n無粘、有粘n熱傳導(dǎo)n絕熱流動(dòng)、等溫流動(dòng)理想流體模型理想流體模型不可壓流體模型不可壓流體模型00const0tVpx0VcossinsincosANDANLuuuuuuuudspdAdspdN)cossin()sincos(Figure 1.11 in Andersons Fundamentals of Aerodyn

13、amics, 3rd Ed.TELElllTELEuuuTELElllTELEuuudspdspAdspdspN)cossin()cossin()sincos()sincos(Figure 1.12 in Andersons Fundamentals of Aerodynamics, 3rd Ed., 2001TELElTELEulllllluuuuuudMdMMdsypxpdMdsypxpdM)cossin()sincos()cossin()sincos(Hereccyyyxxx,dsdx-dysincosuuuudsdydsdxTELEluTELElluuTELElluuTELEuldxd

14、xdxdypdxdypAdxdxdydxdydxppN)()()()(221VqSqFCFSlqMCMqppCpqCf)()()()(1)()(1)()(10,0,0,0,2,0,0,0,0,cllfllpcuufuupcuufllfclpupLEmcllpuupcuflfacuufllfcuplpndxyCdxdyCdxyCdxdyCxdxdxdyCdxdyCxdxCCccdxdxdyCdxdyCdxCCccdxdxdyCdxdyCdxCCcccossinsincosandanlccccccNMxLEcpFor c/444/LxMLcMcpcLE44/LMcxccp),(trqq),(trVVCBACBAABBA)()(CABACBAABABBAbaBAii)(cosCABACBAABABBA)(sin321321321bbbaaaeeeBACBACBACBACBABACACBCBA)()()()()()()(constrp)(pPNleMpp nemaxledldppnpdsdpsdpdpzpypxpp,),(zprprpp)sin1,(prrprppVVdivzVyVxVzyxzVVrrrVrzr1)(1VrVrrVrrrsin1)sin(sin