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空气动力学实验方法：压力传感器：空气动力学基础理论

1空气动力学基础

1.1流体力学原理

流体力学是研究流体（液体和气体）的运动和静止状态的科学。在空气动

力学中，我们主要关注气体的行为，尤其是空气。流体的运动可以通过连续介

质假设来描述，即认为流体是由连续分布的微小流体质点组成的。流体的运动

状态可以通过速度、压力、密度和温度等参数来描述。

1.1.1欧拉方程与纳维-斯托克斯方程

流体的运动方程包括欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。欧拉方程适用于理想

流体，即无粘性、不可压缩的流体。纳维-斯托克斯方程则考虑了流体的粘性和

可压缩性，更适用于实际空气动力学问题。

1.1.2流体的连续性方程

连续性方程描述了流体质量的守恒。对于不可压缩流体，连续性方程简化

为：

∂∂∂

++=0

∂∂∂

其中，、和分别是流体在、和方向上的速度分量。

1.2伯努利定理

伯努利定理是流体力学中的一个重要原理，它描述了在理想流体中，流体

的速度增加时，其压力会减小，反之亦然。这一原理在空气动力学中尤为重要，

因为它解释了机翼产生升力的机制。

1.2.1伯努利方程

伯努利方程可以表示为：

1

2

++ℎ=常数

2

ℎ

其中，是流体密度，是流体速度，是流体压力，是重力加速度，是

流体的高度。

1

1.3压力与速度的关系

在空气动力学中，压力与速度的关系直接体现在伯努利定理上。当流体速

度增加时，其静压会减小，而当速度减小时，静压会增加。这种关系在设计飞

机机翼时至关重要，因为机翼的形状可以引导空气在上表面以更高的速度流动，

从而在机翼下方产生更高的压力，形成升力。

1.4空气动力学中的压力类型

在空气动力学中，我们通常会遇到几种不同类型的压力：

1.4.1静压

静压是流体在静止状态下的压力，或者是在流体中与流体速度方向垂直的

表面上的压力。

1.4.2动压

动压是由于流体的运动而产生的压力，它与流体的速度平方成正比。

1.4.3总压

总压是流体在静止状态下的压力与动压之和，它是一个常数，不受流体速

度的影响。

1.4.4升力和阻力

升力和阻力是作用在物体上的两种主要空气动力学力。升力是垂直于物体

运动方向的力，而阻力则是与物体运动方向相反的力。这两种力的大小和方向

都受到物体形状、流体速度和流体性质的影响。

1.4.5示例：计算动压

假设我们有一股空气流，其速度为=50空气的密度为=1.225/

3

。根据动压的定义，我们可以计算出动压：

1

2

=

2

#定义空气的密度和速度

rho=1.225#kg/m^3

v=50#m/s

#计算动压

q=0.5*rho*v**2

print(f动压为:{q}Pa)

2

这段代码将输出动压的值，单位为帕斯卡（Pa）。

1.4.6解释

在上述代码中