4.4.1 流体阻力在线视频

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朋友们 大家好 欢迎回到

力学与生活课堂

这一讲 我们学习

流体阻力介绍一下啦

边界层理论

第一个 其实我们先看一下了 粘滞阻力的一些了

案例

比如说我们骑自行车或者坐自行车的时候呢

我们人类把这个手伸开

手这样平放着或者竖着放着

我们感觉到了空气的这个阻力了

是平放和竖放来说完全不一样的

还有些人斜着放

斜着放的时候了 可能还会感觉到

手往上抬呢

这就是升力

所以说呢 在这一块呢 我们说了

这种体验 我们每一个人了

都可以做

还有呢就是

这一个汽车

为什么不能一直在加速？你比如说我们这个发动机开呢

由开始

速度为零 慢慢的加速起来

那为什么速度呢？不能无限地往上

增加

还有飞机了

这个速度了 也不能了无限的往上涨

那么 这是什么原因呢？实际上来就是

在高速运动的时候呢

空气对这个

在空气里面运动的物体来有阻力

而且这个阻力呢 是随着

相对运动的速度越来越大

那么阻力了 也越来越大

在开始的时候呢 阻力和速度呢

是呈线性关系的

后来了 有可能成平方

甚至呢 立方关系

也就是阻力会越来越大

所以说呢 我们不可能飞得

越越来越快 或者跑得越来越快

还有一个高铁为什么能比一般的火车

跑得快

我们普通的列车也坐过

每小时60公里100公里

也坐过

每个高铁的速度了 每小时250公里

每小时350公里

这个也坐过

为什么高铁

比这个一般的火车

跑得快呢

那么它的原因呢就是

高铁了每一个轮都是主动轮

每一个轮胎都给他提供相应的摩擦力

而一般的火车呢 只有

火车头

能够给他们提供了动力

而其他的了

轮子来提供的呢 都是阻力

所以说呢高铁能够提供给

克服空气阻力的这一个呢

力

每一个轮子都提供 所以说啦！

非常的大

这是呢 我们说了几个案例

还有边界层

边界层这个概念了 是1904年的时候

德国著名的这一个力学家

普郎特首先提出来的

关于普郎斯了 我们做过一些介绍

就是说空气动力学的

第一代掌门人或者了挚旗人

他在作为一个水槽这一个实验的时候呢 我们说了

他提出了这一个边界层的概念

什么叫边界层呢？

也就是说

流体 从这一个板上往过流

流的过程中

靠近这一个板这一层流体来是不动的 跟板是

粘在一起的

然后呢 远离这一个了

板的时候啦！

速度了 越来越大

那么中间这一块靠近这一个呢 把这个薄薄的这一层

它称之为边界层

这一个概念了

是普朗特提出来的

流体力学的

第一代执旗人

那么 流体力学的三代执旗人我们在这儿都列出来了 这个了就是第一代就是普朗特

普朗特的学生就是非常著名的

航空

航空工业的这一个呢

一代就是凤毛麟角的一代人

就是了冯卡门

这个 就是我们国家的钱学森

他是

冯卡门的弟子

也是属于那第三代

执旗人

这一块呢 我们说知道就行了

第三个就是给大家介绍了

粘滞阻力的概念

而实际上粘滞阻力了 我们很容易理解的

就是说 物体在粘性流体中

流动的时候来

仅靠物体表面的流体

会随着物体的表面了一起走

这个物体就会带着这一层啊！

流体走

而物体表面附近了 就形成了一个速度差

就是我们前面给大家讲的啦！

边界层的概念就是形成了一个了速度梯度

那么 这一种速度梯度的形成了

各层每一层流体之间了 由于有相对速度

存在那么在流体之间呢 就形成了一个内摩擦力

这个内摩擦力了 我们称之为内摩擦阻力

而另一层内摩擦阻力了就是

阻碍

物体了

向前运动的力

所以说我们把他们称为粘滞阻力

而粘滞阻力的大小 这个是普朗特提出来的

它等于什么呢？6πruv

这个u是流体的粘度 这个v是

这个u是流体的粘度 这个v是

流体在这个管道里边了 流动的速度

而整个这一个呢 阻力的大小

可以用这样一个式子

表示出来

这就是我们通常所说的

就是

流体的这一个阻力

与速度成正比

速度越大

阻力越大 速度越小

阻力越小 而这一个式子

仅仅在流动速度

比较小的情况下来才成立

而当流动速度比较大的时候呢

有可能成平方

甚至呢 立方关系

所以说 当速度增加的时候呢

在一定的程度就下了

主力了 增加的非常的剧烈

第四个给大家介绍一下的压差阻力 什么叫压差阻力

那么我们看见了一个图片

这个图片呢 就是

是一个

圆柱状物体啊！

这是呢流体

比较缓慢的速度 然后呢

垂直于这一个了

圆柱运动 运动的过程中呢 于速度比较慢

这个流体比较平缓的

绕着这一个啦！

圆柱转

然后

从这儿我们可以看出来

前后的流场的形状

基本上都是一样的

基本上是一样的 意味着各点处 前后对称点处的速度了

也是一样的

那么这时候呢

那么 流体对于一个圆柱的作用呢 只有粘滞阻力就是我们前面所说的粘滞阻力

而这个呢 是什么呢？流动速度比较快 雷诺数来达到了2000

达到2000的时候 这时候呢 我们说的他不再是稳定的这个流程

而是在流动的过程中

在这一个位置

流体本来应该

就是沿着这个走 但是在这一块的产生了分离

分离之后呢 在后边形形成了一个呢

涡流区

前后流场不一致

后面的压力小

前面的压力大

导致这一块儿了 以后非常大的一个了

前后的压力差出现

这就是我们所谓的了

压差阻力

这一个了

是一致的

一致的

那么这时候呢 我们说了 既然有这一个压差阻力出现

而这一个压差阻力往往

远远大于

我们前面的第一个阻力

粘滞阻力 所以说当出现这一种

尾流现象的时候呢 我们说

这一个阻力了起决定性作用的

这压差阻力

压差阻力

这是了 我们这一块儿的

那么关于这一个呢

压差阻力的一个形成过程 我们这一块儿有

一系列的这一个实验照片 大家可以看一看

这个是雷诺数小于一的时候呢

基本上呢 不出现

这一个了

流场的改变

这前后是对称的

而在雷诺时候等于1.54的时候 稍微有一点点感觉

要脱离了

而在这雷诺数值大于这个就等于9.6的时候呢

在这一块儿有漩涡

那漩涡拖不了

就是一直在 就是在后边走的

但是由于旋涡的出现了

压差阻力了

就出现了

而且是比较大的

当这个流速继续增加的时候雷诺数到2000的时候

就会出现这种乱流现象

而这时候呢 压差阻力了

达到了非常大的一个值

知道就行了啊！

那么 影响压差阻力的因素有哪些？

我们应该来了解一下

第一个迎风面积的影响

那么迎风面面积的影响 是什么呢？

迎风面了 大家这样理解

你比如说

我们这一个

物体在这一个

空气里面流动那么迎风面的是什么呢？

就是

气体的流动方向 在这个方向和垂直于流动方向来做

截有许许多多的截面

那么 每一个截面了

都可以叫做的迎风面

但是所有的截面里边有一个最大的这一个面积

而这一个最大的面积了 我们把它称为

最大迎风面

而这一个压差阻力 它取决于什么呢？

就是最大迎风面积 面积越大

压差阻力了也越大

这是呢 我们说呢 迎风面的影响

还有一个这个位置的影响

你同样这一个手在这运动 运动是这样平着动

和这个侧着动

侧着倾斜着动效果的完全不一样

如果说速度比较高的时候明显感到

你这一个倾斜一下呢

会有

这个手来会获得一个来向上的这个升力

所以说啦！

方位也有影响

我们这一块儿有一个结论 大家可以看一看

这是一个球体

这个球体了当流体

在空气在这流动的时候 这一个球体

受到空气的阻力 那么我们可以把它们比作

定为一个标准

就是说 其他的都和它一样阻力一样

那么别人说我们这一块儿半球体就说把这个球来从中间一剖

一剖的时候呢 我们说 这是这边的球 前面的是一个迎风面

那么 这一个迎风面呢

这一个球体这两个阻力是什么关系呢？

这1.8倍直径的这个直径是d啊

这个1.8倍的这个直径的这一个

半球体的阻力和这个一样的

我不知道大家能不能想清楚

你这家伙

前后都不对称了 是个平面

结果这一个阻力同样直径下了肯定了

比这个 要小

所以现在1.8倍的和这个是一样的

还有一个呢 我们看一下这个板

就是一个薄板

一个薄板在这个风里边

吹的时候

0.65倍的这一个直径

就和这个

球体的一个一倍直径的阻力了一样

所以说 这个薄板的阻力 非常的大

还有这一个锥体

椎体的话 我们这一块是23度的 这个椎角的一个椎体

那么椎体呢

大家可以看出来

而1.034倍的地

他的这一个了

阻力和这个一样的 实际上这两个的区别不太大

基本上也是一样的

而这一个大家可以啊 这时候我们通常所谓的流线型

而流线型的时候呢 就是前面了

是一个呢

流线型 后面是

这个 比较长的尖的前面呢是一个钝的头

那么这时候呢 2.59倍的d

和这一个d

这一个阻力的是一样的

所以说呢 流线型呢

在空气里边了

我们说的 你要减少阻力

左右都可以做成流线型

那么我们现在最典型的就是我们的高铁

高铁啦 大家观察一下高铁的那个

车头车尾

两头儿都是流线型的

两头儿都是流线型的

那么流体的全阻力 那么这个时候呢 我们说呢

低速的时候速度非常低

那么速度非常低的时候 流体的阻力就等于粘滞阻力

粘滞阻力的话 我们说了 那就是与速度

成正比

那么 速度稍高一点

能这时候了

有这个粘滞阻力 还有一个力 就是我们刚才所说的

压差阻力

而且速度越高压差阻力了

占的份额越大

最终了 我们说了

最终几乎完全了由压差阻力了

决定了这一个阻力的大小

还有

速度更高的时候

高到什么情况了？

高到这一个了

超过音速

超过音速的时候呢 就不是这两个的问题

这两个的问题了 不太大了

超过音速的时候会出现另外一个阻力

我们把他俩叫激波阻力

那么激波阻力呢 出现的时候会出现一个什么现象呢？

这是一个呢

动图大家可以看一看

在飞机由这个亚音速

向超音速

过渡到达音速的时候会出现这样一个现象

非常震撼的一个现象

这个现象了 我们称之为音爆

那么这是了

这是两个

j20

F22

它飞行的过程中 出现音爆的时候照出来的照片

就像一个小姑娘穿着裙子一样

可漂亮了

但是 这一种现象了

对于飞机来说了

还是比较恐怖的

你不能飞机不能长时间在这个速度下飞

就是在音速下飞 是非常危险的

这一讲话 我们就给大家来介绍到这

谢谢大家