生活当中的流体力学

1、流体力学作业生活中的流体力学成员：盛文华学号： 074090324生活中的流体力学到现在你也许一点也不相信，其实我们生活在流体的世界里。 观察生活的时候，我们总是可以发现。 生活中流体是不可缺少的。 特别是在社会高速发展的今天。 鹰打长空，鱼在浅底飞行的汽车跑着乒乓旋转，许多现象都与流体力学有关。 生活中的许多东西有意或有意巧妙地掌握和运用流体力学原理，使其行为更加灵活快捷。高尔夫球的表面，不是光滑的转弯的表面，而是利用凹凸使层流变化为乱流，减少临界雷诺数，使流变化为乱流，减少阻力的实际的应用例子还不清楚。 最初，高尔夫球的表面很光滑，但如图1-1所示，发现了表面破损的旧球图1-1平滑面图1-

2、2粗糙面反过来打得更远。 原本是临界Re数不同的结果。 高尔夫球的直径为41.1毫米，光滑球的临界RE数为3.85E5，相当自由地通气的临界速度为135米/秒，实际上不能充分完美地制造，所以速度有点低。 一般来说，高尔夫球的速度不是很大，所以在空气绕球的情况下，是比临界Re数小的情况，阻力系数Cd大。 使球表面粗糙，使流动提前转变为湍流，临界RE数下降到E5，相当的临界速度为35米/秒，一般高尔夫球的速度比这个速度快。 因此，当流动大于临界Re数时，电阻系数Cd较小，并且球被击打得更远。同样在游泳时也会受到流体的作用。 游泳是在水中进行的周期性运动。 人在水中的浮游能力与身体所具有的姿势有直接

3、关系。 身体保持流线型(吸气)，重心和水的浮心接近一直线，可以长时间浮起的先吸气的话，两臂紧贴身体侧，胸腔有足够的空气，但下肢相对于上半身的比重大，下肢很快下沉。 因此，游泳不仅利用了水的浮力，而且如图21所示。 另外必须尽量减少失去浮力的时间。 比如，不要把头抬得太高。 不要因为身体起伏而旋转过度。 请缩短在空中活动手臂的时间。游泳者在游泳时会受到相反方向的抵抗作用。 游泳的阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物体的形状阻力。 流线型物体的阻力为1时，其他形状物体的阻力会增大数倍到100倍。 所谓推进力，是指手臂进行打水、脚打水的动作时，对水施加力量，水对人体施加力量大小相等的反作用力，这种力量

4、称为推进力。 所谓游泳，就是用胳膊围绕肩关节和脚围绕股关节，用复杂的弧线进行圆周运动。 根据有关圆周运动的原理，角速度相等时，半径越长速度越大。 因此，在游泳运动过程中，离肩膀和髋部最远的手和脚的速度最大。 胳膊打水的作用面是手掌和前臂，脚打水，踢水的作用面主要是脚面和小腿前侧，脚划水的主要作用面是脚和小腿的内侧。 通过增加这些部位相对于水的横截面(例如安装洒水器具等)，能够产生更大的推进力。常来我们身边飞行的汽车，是与流体力学巧妙的结合。 汽车的发明是在19世纪末，当时，由于汽车的阻力主要来源于前部与空气的碰撞，所以初期的汽车后部被称为陡峭的箱型车，阻力系数(CD )大约为0.8。 实际上汽

5、车阻力主要来自于后部形成的尾流，称之为图2-1图3-1箱型车形状阻力。 其车种例如为3-1从20世纪30年代开始，人们开始运用流体力学原理改善汽车尾部形状，出现披头士型，如图3-2所示，阻力系数降低到0.6。 在20世纪50-60年代被改良为船型，如图33那样，阻力系数为0.45。 80年代经过风洞实验系统的研究，改良为鱼型，如图3-4所示阻力系数为0.3，然后进一步改良为楔型，如图3-5所示阻力系数为0.2。 90年代以后，科研人员开发的未来型汽车，如图3-6所示，阻力系数只有0.137。 汽车的发展过程可以说代表了流体力学不断完善的过程。图3-2甲壳虫型图3-3船型以卡车为例，影响、提高汽

6、车动力特性的装置主要是其导流罩。 据悉，在面包车上安装导流罩可以大幅度降低气压阻力，节约燃费。 通过安装导流罩，在空气阻力系数曲线上的临界雷诺数增大的：薄壁式的导流罩的底边和驾驶室顶面之间设置间隙，通过在能够提高导流罩的阻力降低效果的汽车的尾部安装涡流稳定器，能够使尾涡区内的气流图3-4鱼型图3-5楔型前上部导流罩安装在驾驶室顶棚，可以将相对的气流导向顶棚和侧罩，消除或提高驾驶室顶棚以及驾驶室和货箱之间的空间影响。 他有板盖式、立体式和涡流凹板式三种形式，三种形式分别可以将气压阻力降低20%30%、25%35%、15%20%，第一种已经大量采用，第二种比较广泛使用， 第三，使用的前下部导流罩和

7、前侧阻抗折片两者都安装在保险杠上，由于下部导流罩不使进入车下的电导与车下部分突出的结构相互作用，因此能够使汽车的气压阻力降低10%15%。 车身前侧的前罩和前侧翼都是车身前部的流线状，能够改善车身部分的流线状，分别使汽车的气压阻力降低10%15%和5%10%。 车身前端面与锥形分流器图3-6未来车型以及驾驶室和车身之间的隔板，将驾驶室和行李厢中可见的间隙的一部分或全部隔断，消除侧风的影响，前者在将气压阻力降低5%10%方面使用相当广泛。 后者使气压阻力降低10%15%，但相当少。导向罩对卡车的气压特性有很大影响。 卡车必须采取辅助措施，使其具有光滑的过渡面，其表面外形不易产生涡流。 最重要的是

8、导流罩的处理，空气流通顺畅地流过顶罩。 笼型卡车上安装导流罩可以使汽车表面的流谱发生重要变化，流谱的变化可以大幅度减少气压阻力，对减阻节能至关重要。关于牛顿流体，英国科学家牛顿于1687年发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。 实验在两平行平板间充满水时进行，下平板不固定，上平板在其自身的平面内以等速u向右移动。 此时，附着在上下平板上的流体质点的速度分别为u和0，如图41所示，两平板间的速度呈直线分布，倾斜度为粘度系数。 由此得出萩名的牛顿粘性规律。图4-1牛顿流动定律斯托克斯在1845年基于牛顿的实验定律建立了应变率张量的线性函数、流体各向同性和流体静时应变率为零这3个假说，导出了在流体力学研究中广泛应用的线性结构方程和广泛应用的纳维斯托克方程(简称纳维斯托克方程)后来，在进一步的研究中，人们发现牛顿粘性实验定律(以及在此基础上建立的茄子方程)适用于描绘水和空气等低分子量流体，但不适用于描绘高分子量流体，此时剪应力和剪应变率之间不能满足线性关系。 为了区别，在剪应力和剪应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。 对血液来说，剪应力和剪应变率之间不再是线性关系