空气动力学.ppt

某个流体质点流体质点组成的系统 所具有的物理量随时间变化率即拉格朗日变化率 以该物理量欧拉导数形式描述 欧拉场欧拉场中的控制体 雷诺输运定理的不同形式 令 雷诺第二输运定理 质量守恒—连续方程 19-20世纪粘性流体力学的发展 雷诺在1883年试验粘性流体在小直径圆管流动时，发现实际流动有两种流态，分别称为层流和湍流，相应的阻力规律也不同，决定流态的是一个复合参数 ，该参数此后被称为雷诺数。1895年他导出了雷诺方程———时均流动懂得N-S方程。 雷诺（Osborne Reynolds，1842~1921），英国工程师兼物理学家，维多利亚大学（在曼彻斯特市）教授。 19-20世纪粘性流体力学的发展 1904年普朗特提出了边界层理论。他认识到，虽然所有的实际流体都是有粘性的，但如果流动的雷诺数很大，那么在流动中粘性力的重要性并不是到处一样的，离开物体表面很远的地方粘性力基本上不起作用，只在物面附近，一层很薄的流体(称边界层)内，粘性力才是重要的，才是必须考虑的。这样就可以把整个流动分成两部分来处理：远离物面的大部分地区可以用无粘的理论作计算，而贴近物面的一层流体的流动需要作粘流计算。这个概念之所以是突破性的，是因为有了它，无粘流的理论就可以无所顾忌地大踏步向前发展了；另一方面粘流计算限制在薄薄的边界面层内，使纳维—斯托克斯方程得以大大地简化，使许多有实用意义的问题能得到解答；这样粘性流理论也得到了一条新的发展道路。普朗特也被称为近代粘性流体力学之父。 Ludwig Prandtl简介 Ludwig Prandtl简介 Ludwig Prandtl 1875年2月4日出生于德国弗赖津（Freising） 。其父亲是一位在Freising附近农业大学的测量学与工程教授，母亲常年有病在家。从小受父亲的影响，他对物理学、机械和仪器特别感兴趣。1894年入Munich大学深造，1900年获博士学位，博士论文方向是弯曲变形下的不稳定弹性平衡问题研究。毕业后负责为一家新工厂设计吸尘器设备时，通过实验解决了管道流动中一些基本的流体力学问题，他所设计的吸尘器仅需要原设计功率的1/3，从此对流体力学感兴趣。1901年担任汉诺威（Hanover)科技大学数学工程系的力学教授，在这里Prandtl提出边界层理论（Boundary layer theory），并开始研究通过喷管的超音速流动问题。1904年Prandtl在德国海德尔堡（Heidelberg）第三次国际数学年会上发表了著名的关于边界层概念的论文，这一理论为流体力学中物面摩擦阻力、热传导、流动分离的计算奠定了基础，是现代流体力学的里程碑论文，从此Prandtl成为流体力学界的知名学者。以后不久他出任德 Ludwig Prandtl介绍 国著名的哥廷根（Gottingen）大学应用力学系主任、教授，在这里他建造了1904-1930年期间世界上最大的空气动力学研究中心。在1905-1908年期间，Prandtl进行了大量的通过喷管的超音速流动问题，发展了斜激波（oblique shock wave)和膨胀波（expansion wave）理论；在1910年-1920年期间，其主要精力转到低速翼型和机翼绕流问题，提出著名的有限展长机翼的升力线理论（lifting line theory）和升力面理论；从1920年以后,Prandtl再次研究高速流动问题（high speed flows），提出著名的Prandtl-Glauert压缩性修正准则(compressibility correction rule）。1930年以后，Prandtl被认为是国际著名的流体力学大师，1953年在哥廷根病故。Prandtl毕生在流体力学和空气动力学中的贡献是瞩目的，被认为是现代流体力学和空气动力学之父（the father of modern fluid mechanics）,他对流体力学的贡献是可获Nobel奖的。在第二次世界大战期间（1939年9月1日-1945年9月2日），Prandtl一直在哥廷根工作，Nazi德国空军为Prandtl实验室提供了新的实验设备和财政资助。 空气动力学的发展 20世纪创建了空气动力学完整的科学体系，并得到了蓬勃的发展。美国莱特兄弟是两个既有实践经验又有理论知识，且富有想象力和远见的工程师， 1903年12月27日，奥维尔·莱特驾驶他们设计制造“飞行者一号”首次试飞成功，这是人类历史上第一架有动力、载人、持续、稳定、可操纵的飞行器。从此开创了飞行的新纪元。其后，飞机的发展推动了空气动力学的迅速发展。 20世纪20－30年代，空气动力学的理论和实验得到迅速发展，所建造的许多低速风洞，对各