不同形状物体的阻力系数学习教案.pptx
会计学1不同不同(b tn)形状物体的阻力系数形状物体的阻力系数PPT课件课件第一页，共23页。C4.2 边界层概念(ginin)例1：空气运动粘度51 4 102. ms6522 1 52 4 101 4 10Vh.Re.大Re数流动是常见(chn jin)现象.1.边界层很薄C4 不可压缩(y su)粘性流体外流设汽车1 58022h. m , V km h m s例2：水运动粘度61 102 ms 76108 . 2101108 . 2ReVl设船10102 8lm , V km h. m sC4.2.1 边界层特点普朗特理论：边界层内惯性力与粘性力量级相等。第二页，共23页。C4.2.1 边界层特点(tdin)当610 , 0 001Rel.22 yuxuu22 UlUUll 22Re1 l2.边界层厚度(hud)增长Uxxx )(223.边界层内流态 实验测量表明边界层内层流态向湍流(tunli)态转捩的雷诺数为53 2 10 xcrRe.x( x) U第三页，共23页。1.名义(mngy)厚度 C4.2.2 边界层厚度(hud)定义为速度(sd)达到外流速度(sd)99%的厚度。C4.2 边界层概念2.位移厚度 * Ux0 . 5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01d*u() yU第四页，共23页。C4.2.2 边界层厚度(hud)将由于不滑移(hu y)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 。3.动量(dngling)厚度 动量厚度位移厚度1d0uu() yUU第五页，共23页。例C4.2.2 边界层位移厚度(hud)与动量厚度(hud) 上式中y为垂直(chuzh)坐标，为边界层名义厚度。 已知: 设边界层内速度分布为 yUyyUsinyu2)(求： (1)位移厚度* ;(2)动量(dngling)厚度.(均用表示) 20002(1)dsin1 sin)d(sinsin)d()2222uuyyyyyy(yUU2-0022112221(-cos(sin)()0.136622 2442yyy) (2) 按动量厚度的定义(1) 按位移厚度的定义0002y2(1)d(1)d(cos0 36322*uyysinyy).U-解：按速度分布式,u(0) = 0 ,u()=U ,符合边界层流动特点。 第六页，共23页。用B5.4中的方程(fngchng)分析法可得一般二维流动无量纲方程(fngchng)组C4.3 平板层流(cn li)边界层精确解忽略(hl)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0*yvxu)(Re12*22*2*yuxuxpEuyuvxuu)(Re12*22*2*yvxvypEuyvvxvu设, *yv *l ,在边界层内*22 , , 1 1, Eu1*xu ,p ,Re 0 , , , .*uvxypu, vxypUUllp式中112*111111*12*1*1*11*12*第七页，共23页。可得普朗特边界层方程组C4.3 平板(pngbn)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(zhji)作用在平板上。外部压强由势流决定0 1 0 22ypyuxpyuvxuuyvxu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(lyng)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：ddddpUUxx 第八页，共23页。C4.3.2 布拉修斯平板(pngbn)边界层精确解 边界条件 普朗特边界层方程(fngchng)可化为布拉修斯方程(fngchng)： ufU 用无量纲流函数 表示速度分量u, v, 如 f 布拉修斯利用相似性解法(ji f)，引入无量纲坐标：xUyy02 fff0, 0ff1, f 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。第九页，共23页。 对布拉修斯方程(fngchng)较精确的求解结果列于附录E表FE1中并按速度(sd)分布式可分别求得：Ux0 . 5边界层名义(mngy)厚度理论结果与实验测量结果一致0 99.f按边界层名义厚度 定义，取得5 0 .壁面切应力xUUw332. 0壁面摩擦系数20 66412wfx.UcReC4.3.2 布拉修斯平板边界层精确解第十页，共23页。C4.4边界层动量(dngling)积分方程 对平板边界层前部取控制(kngzh)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(dngling)厚度，对 FD求导可得由动量方程由连续性方程00dduu yUh,hyU000dddhxDwuu yUU yFx 22200d1dDuuFU huu yUyUUU2ddddDwFUxx第十一页，共23页。称为(chn wi)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(biosh)d2dfCx当有压强梯度(t d)存在时，方程形式为2dddd*wUUUxx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 第十二页，共23页。C4.5.1 平板(pngbn)层流边界层C4.5 无压强梯度(t d)平板边界层近似计算设边界层纵向坐标10/y速度分布式为 gUu速度分布满足条件 11,00gg1001d1duuyggUU101dgg壁面切应力(yngl)00ddddwyUguU|y 0g代入动量方程后可得第十三页，共23页。C4.5.1 平板(pngbn)层流边界层xfCRe2lDDlbUFCRe8212上式中FD是平板总阻力，lUl Re 。表达式中比例因子不同。 ,上述几式表明不同速度分布具有不同的值，使 fD,C ,CddxU xxRe12积分可得第十四页，共23页。C4.5.2 平板(pngbn)湍流边界层C4.5 无压强(yqing)梯度平板边界层近似计算将光滑圆管湍流的结果移植(yzh)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）50 382x.xRe5 0 x.xRe4 5x1 2x50 0593fx.CRe0 664fx.CRe50 074Dfl.CRe1 328Dfl.CRe湍流边界层层流边界层边界层厚度壁面摩擦系数摩擦阻力系数第十五页，共23页。边界层分离(fnl)：边界层脱离壁面C4.6 边界层分离(fnl)2.分离(fnl)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 在逆压梯度区（CE)：CS段减速 S点停止SE段倒流。3.分离的条件 逆压梯度4.分离的实际发生 微团滞止和倒流第十六页，共23页。2.分离(fnl)实例从静止开始(kish)边界层发展情况扩张(kuzhng)管（上壁有抽吸）C4.6 边界层分离第十七页，共23页。C4.7 绕流物体(wt)的阻力C4.7 绕流物体(wt)的阻力C4.7.1 摩擦阻力与形状(xngzhun)阻力CD=CDf+CDp1. 摩擦阻力特点1)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；第十八页，共23页。C4.7 绕流物体(wt)的阻力C4.7.2 圆柱(yunzh)绕流与卡门涡街1. 圆柱表面(biomin)压强系数分布2. 阻力系数随Re数的变化DCf Re第十九页，共23页。C4.7.2 圆柱(yunzh)绕流与卡门涡街5）565 103 10Re 6）63 10Re 1）1Re （图(a)）2）1500Re（图(b)(c)）3）55002 10Re （图(d)）4）552 105 10Re （图(e)）第二十页，共23页。C4.7.2 圆柱(yunzh)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(xiyu)形成有一 定规则，交叉排列的 涡列。2）Re范围(fnwi)：60-50003）Sr（斯特劳哈尔）数：19 70 198 1fd.Sr.URe第二十一页，共23页。C4.7 绕流物体(wt)的阻力C4.7.3 不同(b tn)形状物体的阻力系数1.二维钝体（1）光滑圆球阻力(zl)曲线Re1时24DCRe,3DFdU（2）粗糙圆球阻力曲线4. 钝体绕体阻力特点：(1) 头部形状5. 流线型体2. 三维钝体3. 圆球：(2) 后部形状(3) 物体长度(4) 表面粗糙度第二十二页，共23页。C4.7 绕流物体(wt)的阻力C4.7.3 不同(b tn)形状物体的阻力系数光滑(gung hu)圆球阻力曲线粗糙圆球阻力曲线第二十三页，共23页。
