无人机空气动力学课件 1.1.1流体的力学特性和连续介质模型

《无人机空气动力学》流体的力学特性和连续介质模型PART1流体的力学特性PART2连续介质模型目录物质有三种状态，分别是气态、液态和固态，对应的物质一般称为气体、液体和固体。根据其是否能流动，将液体和气体分作一类，称之为流体。流体的定义PART

1流体的力学特性液体和气体具有流体的共同特性，但其各自也有不同的特性。液体分子与分子之间的间距和分子的有效直径差不多相等，也就是分子与分子之间的距离相对较近。一、流体的力学特性固体与流体在力学性质上的区别一、流体的力学特性固体固体能够抵抗压力，拉力和剪切力，在一定的外力作用下会产生一定的变形，如果再施加更大的作用力则会破坏固体本身的形状或结构。流体流体只能承受压力，而不能承受拉力，在一定的剪切力的作用下,流体会产生连续的变形，因此静止流体不能承受剪切力。这就是流体和固体在力学性质上的明显区别。一、流体的力学特性液体分子液体分子之间的间距相对较小，分子之间的吸引力较大，液表面积收缩到最小的特性，所以一定质量的液体具有一定的体积，在容器中会形成液面与空气分界的自由分界面。因而，对液体施加压力时，液体分子与分子之间的间距稍有缩小，分子与分子之间就会产生很大的斥力来抵抗压力，液体有是液体不易压缩。一、流体的力学特性液体液体没有一定的形状，但具有一定的体积，通常称液体为不可压缩流体；一、流体的力学特性气体气体没有一定的形状，也没有一定的体积，而气体通常称为可压缩流体。当气体速度远小于音速（V<0.3a），可以忽略气体的压缩性，把它当作不可压缩流体处理。PART

2连续介质模型二、连续介质模型对于流体，液体还是气体，其本质都是由大量不断运动的分子组成。在微观角度，分子与分子之间总是存在间隙的。在数学角度，流体的质量在空间上其实是不连续的。由于分子的随机运动，又会导致在任一空间点上的流体物理量对于时间是不连续的。二、连续介质模型人们日常生活中观察到的或者用仪器测量到的流体宏观结构和宏观运动又明显地表现出连续性和确定性。空气是由大量微小的空气分子组成的；空气分子之间存在间隙，每个空气分子都在不断地作无规则的热运动。二、连续介质模型在分子热运动过程中，空气分子两次碰撞之间所走过的平均路程，叫空气分子的平均自由程。分析分子运动的最基本方法是对每一个分子运用运动定律，分析每一个分子的运动规律，然后用统计学方法求得大量分子微观量的平均值。这种研究方法，通常被称为统计力学方法，相对来说较为严谨，不过它的计算过于繁琐,实际应用受到了一定限制。二、连续介质模型统计平均结果，不是由个别分子的具体运动决定的。而空气动力学的任务是研究空气和飞机的相互作用，研究的是空气的宏观运动规律。所以在空气动力学领域，一般都抛开无规则的分子运动特点，也不考虑实际空气的微观结构，而是另用一种简化的模型来代替空气的真实微观结构，只从宏观上研究空气微团对飞机的作用力。二、连续介质模型1753年，欧拉首先采用了“连续介质”作为宏观流体模型，将流体看成是由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质，这个模型称为连续介质模型。二、连续介质模型连续介质模型假设123使人们从分子运动的复杂性中解放出来。物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。从连续介质力学看来，流体的形象是宏观的均匀连续体，而不是微观的包含大量分子的