不同形状物体的阻力系数ppt课件

,C4不可压缩粘性流体外流,C4.1引言,C4不可压缩粘性流体外流,流动特点,N-S方程,研究方法,解析法,自由湍流射流,大气边界层,交通工具,应用,动量积分方程,壁面流动,实验,数值法,分离,贴壁,外层,分区,内层,建筑物绕流,1,C4.2边界层概念,例1：空气运动粘度,大Re数流动是常见现象.,边界层很薄,C4不可压缩粘性流体外流,设汽车,例2：水运动粘度,设船,普朗特理论：边界层内惯性力与粘性力量级相等。,2,C4.2.1边界层特点,当,边界层厚度增长,边界层内流态,实验测量表明边界层内层流态向湍流态转捩的雷诺数为,3,名义厚度,C4.2.2边界层厚度,定义为速度达到外流速度99%的厚度。,C4.2边界层概念,位移厚度*,对平板层流边界层,将由于不滑移条件造成的质量亏损折算成无粘性流体的流量相应的厚度*。又称为质量流量亏损厚度,4,C4.2.2边界层厚度,将由于不滑移条件造成的动量流量亏损折算成无粘性流体的动量流量相应的厚度。,动量厚度,动量厚度位移厚度,5,例C4.2.2边界层位移厚度与动量厚度,上式中y为垂直坐标，为边界层名义厚度。,已知:设边界层内速度分布为,求：(1)位移厚度*;(2)动量厚度.(均用表示),(2)按动量厚度的定义,(1)按位移厚度的定义,6,用B5.4中的方程分析法可得一般二维流动无量纲方程组,C4.3平板层流边界层精确解,忽略第二方程最后一项、第三方程除压强项的其他项。,C4不可压缩粘性流体外流,式中,1,7,可得普朗特边界层方程组,C4.3平板层流边界层精确解,第三式表明边界层内y方向压强梯度为零，说明外部压强可穿透边界层直接作用在平板上。外部压强由势流决定,第二式右边得到简化（x方向二阶偏导数消失），有利于数值计算。利用该方程就可计算壁切应力和流动阻力，具有里程碑式意义。,说明：,8,C4.3.2布拉修斯平板边界层精确解,边界条件,普朗特边界层方程可化为布拉修斯方程：,用无量纲流函数表示速度分量u,v,如,布拉修斯利用相似性解法，引入无量纲坐标：,由数值解绘制的无量纲速度廓线与尼古拉兹实验测量结果吻合。,9,对布拉修斯方程较精确的求解结果列于附录E表FE1中,并按速度分布式可分别求得：,边界层名义厚度,理论结果与实验测量结果一致,壁面切应力,壁面摩擦系数,C4.3.2布拉修斯平板边界层精确解,10,C4.4边界层动量积分方程,对平板边界层前部取控制体OABC,AB为一条流线，压强梯度为零，壁面上粘性切应力合力为FD,为动量厚度，对FD求导可得,由动量方程,由连续性方程,11,称为卡门动量积分方程，适用于无压强梯度的平板定常层流和湍流边界层流动,用壁面摩擦系数表示,当有压强梯度存在时，方程形式为,为位移厚度,动量积分方程的特点是建立了阻力与动量厚度（及位移厚度）的关系。由于动量厚度是速度的二次表达式的积分，对速度廓线形状不很敏感，可用近似的速度廓线代替准确的速度廓线，使计算大为简化。,C4.4边界层动量积分方程,12,C4.5.1平板层流边界层,C4.5无压强梯度平板边界层近似计算,设边界层纵向坐标,速度分布式为,速度分布满足条件,壁面切应力,代入动量方程后可得,13,C4.5.1平板层流边界层,积分可得,14,C4.5.2平板湍流边界层,C4.5无压强梯度平板边界层近似计算,将光滑圆管湍流的结果移植到光滑平板上，速度分布用1/7指数式，壁面切应力采用布拉修斯公式。取=R=d/2,由无压强梯度平板边界层动量积分方程可得（与层流边界层对照）,边界层厚度,壁面摩擦系数,摩擦阻力系数,15,边界层分离：边界层脱离壁面,C4.6边界层分离,2.分离的原因粘性,圆柱后部：猫眼,1.分离现象,在顺压梯度区（BC)：流体加速,3.分离的条件逆压梯度,4.分离的实际发生微团滞止和倒流,16,2.分离实例,从静止开始边界层发展情况,扩张管（上壁有抽吸）,C4.6边界层分离,17,C4.7绕流物体的阻力,C4.7绕流物体的阻力,C4.7.1摩擦阻力与形状阻力,1.摩擦阻力特点,阻力系数强烈地依赖于雷诺数；,2.形状阻力,物体形状后部逆压梯度压强分布压强合力,用实验方法确定形状阻力阻力曲线,2)对相同雷诺数，层流态的阻力明显低于湍流态；,4)摩擦阻力与壁面面积成正比。,3)对湍流边界层，光滑壁面的阻力最小，粗糙度增加使阻力系数增大；,18,C4.7绕流物体的阻力,C4.7.2圆柱绕流与卡门涡街,1.圆柱表面压强系数分布,2.阻力系数随Re数的变化,19,C4.7.2圆柱绕流与卡门涡街,5）,6）,20,C4.7.2圆柱绕流与卡门涡街,3.卡门涡街,1）定义：在圆柱绕流中，涡旋从圆柱上交替脱落，在下游形成有一定规则，交叉排列的涡列。,2）Re范围：60-5000,3）Sr（斯特劳哈尔）数：,21,C4.7绕流物体的阻力,C4.7.3不同形状物体的阻力系数,二维钝体,（1）光滑圆球阻力曲线,Re1时,（2）粗糙圆球阻力曲线,4.钝体绕体阻力特点：