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空气动力学部分知识要点

流体属性与静动力学基础

流体与固体在力学特性上最本质的区别在于：二者承受剪应力和产生剪切变形能力上的不同。

静止流体在剪应力作用下（不论所加剪切应力τ多么小，只要不等于零）将产生持续不断的变形运动（流动），换句话说，静止流体不能承受剪切应力，将这种特性称为流体的易流性。

流体受压时其体积发生改变的性质称为流体的压缩性，而抵抗压缩变形的能力和特性称为弹性。

当马赫数小于0.3时，气体的压缩性影响可以忽略不计。

流层间阻碍流体相对错动（变形）趋势的能力称为流体的粘性，相对错动流层间的一对摩擦力即粘性剪切力。

流体的剪切变形是指流体质点之间出现相对运动（例如流体层间的相对运动）流体的粘性是指流体抵抗剪切变形或质点之间的相对运动的能力。流体的粘性力是抵抗流体质点之间相对运动（例如流体层间的相对运动）的剪应力或摩擦力。在静止状态下流体不能承受剪力；但是在运动状态下，流体可以承受剪力，剪切力大小与流体变形速度梯度有关，而且与流体种类有关

按照作用力的性质和作用方式，可分为彻体力和表面力（面力）两类。例如重力，惯性力和磁流体具有的电磁力等都属于彻体力，彻体力也称为体积力或质量力。

表面力：相邻流体或物体作用于所研究流体团块外表面，大小与流体团块表面积成正比的接触力。由于按面积分布，故用接触应力表示，并可将其分解为法向应力和切向应力：

理想和静止流体中的法向应力称为压强，其指向沿着表面的内法线方向，压强的量纲是[力]/[长度]2

标准大气规定在海平面上，大气温度为15℃或T0=288.15K，压强p0=760毫米汞柱=101325牛/米2，密度ρ0=1.225千克/米3

从基准面到11km的高空称为对流层，在对流层内大气密度和温度随高度有明显变化，温度随高度增加而下降，高度每增加1km，温度下降6.5K。从11km到21km的高空大气温度基本不变，称为同温层或平流层，在同温层内温度保持为216.5K。普通飞机主要在对流层和平流层里活动。

散度、旋度、有旋流、无旋流。

描述流体运动的方程。低速不可压缩理想流体：连续方程+动量方程（欧拉方程）；低速不可压缩粘性流体：连续方程+动量方

（不一定是圆环），也可以止于边界（固体的边界或自由边界如自由液面）。

开尔文kelvin定律（环量不变定律）：在理想流中，涡的强度不随时间变化，既不会增强，也不会削弱或消失。

拉格朗日Lagrange定律（涡量不生不灭定律）：在理想流中，流动若是无旋的则流场始终无旋，反之若流场在某一时刻有旋则永远有旋。

亥姆霍兹Helmholtz定律（涡线涡管保持定理）：在理想流体中，构成涡线和涡管的流体质点，在以后运动过程中仍将构成涡线和涡管。

边界层流动

流动雷诺数Re是用以表征流体质点的惯性力与粘性力对比关系的。

高Re数下，流体运动的惯性力远远大于粘性力。这样研究忽略粘性力的流动问题是有实际意义的。

理想流体力学在早期较成功地解决了与粘性关系不大的一系列流动问题（升力、波动等），但对阻力、扩散等涉及到粘性的问题则与实际相差甚远，如达朗伯疑题。

大量实验发现：虽然整体流动的Re数很大，但在靠近物面的薄层流体内，流场的特征与理想流动相差甚远，沿着法向存在很大的速度梯度，粘性力无法忽略。这一物面近区粘性力起重要作用的薄层称为边界层（Boundarylayer）。

在远离物体的理想流体流动区域可忽略粘性的影响，流动无旋可按位势流理论处理（位流区）。在靠近物面的薄层内粘性力的作用不能忽略（粘流区），该薄层称为边界层。边界层内粘性力与惯性力同量级，流体质点作有旋运动。

边界层区与主流区之间无严格明显的界线，通常以速度达到主流区速度的0.99U作为边界层的外缘。由边界层外缘到物面的垂直距离称为边界层名义厚度，用δ表示。在高Re数下，边界层的厚度远小于被绕流物体的特征长度。

边界层位移厚度

边界层动量损失厚度

边界层能量损失厚度

边界层：N-S方程化简为边界层方程

边界层中的流体质点受惯性力、粘性力和压力的作用，其中惯性力与粘性力的相对大小决定了粘性影响的相对区域大小，或边界层厚度的大小；粘性力的作用始终是阻滞流体质点运动，使流体质点减速，失去动能；压力的作用取决于绕流物体的形状和流道形状，顺压梯度有助于流体加速前进，而逆压梯度阻碍流体运动。

边界层分离。分离点：

边界层分离的必要条件是：存在逆压梯度和粘性剪切层。仅有粘性的阻滞作用而无逆压梯度，不会发生边界层的分离，因为无反推力使边界层流体进入到外流区。这说明，零压梯度和顺压梯度的流动不可能发生边界层分离。只有逆压梯度而无粘性的剪切作用，同样也不会发生分离现象，因为无阻滞作用，运动流体不可能消耗动能而滞止下来。在粘性剪切力和