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1、工程流体力学电子课件第1页，共14页，编辑于2022年，星期六工程流体力学课件工程流体力学课件工程流体力学课件工程流体力学课件你想知道你想知道你想知道你想知道你想知道你想知道高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗高尔夫球飞得远应表面光滑还是粗糙吗？你想知道汽车阻力你想知道汽车阻力你想知道汽车阻力你想知道汽车阻力来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？来至前部还是尾部吗？你想知道你想知道你想知道你想知道你想知道你想知道机翼升力机翼升力机翼升力机翼升力机翼升力机翼升力来至下部
2、还是上部吗？来至下部还是上部吗？来至下部还是上部吗？来至下部还是上部吗？你想知道你想知道你想知道你想知道请学习请学习请学习请学习工程工程工程工程流体力学流体力学流体力学流体力学第2页，共14页，编辑于2022年，星期六目录目录目录目录第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 流体静力学流体静力学第第3 3章章 流体动力学理论基础流体动力学理论基础第第4 4章章 量纲分析与相似原理量纲分析与相似原理第第5 5章章 流动阻力与水头损失流动阻力与水头损失第第6 6章章 孔口、管嘴及有压管流孔口、管嘴及有压管流第第7 7章章 明渠恒定流动明渠恒定流动第第8 8章章 堰流堰流第第9 9章章 渗流渗流第3页
3、，共14页，编辑于2022年，星期六教材及教学参考书教材及教学参考书教材及教学参考书教材及教学参考书n禹华谦主编，工程流体力学，第禹华谦主编，工程流体力学，第1 1版，高等教育出版社，版，高等教育出版社，20042004n禹华谦主编，工程流体力学（水力学），第禹华谦主编，工程流体力学（水力学），第2 2版，西南交通大学出版社，版，西南交通大学出版社，20072007n黄儒钦主编，水力学教程，第黄儒钦主编，水力学教程，第3 3版，西南交通大学出版社，版，西南交通大学出版社，20062006n刘鹤年主编，流体力学，第刘鹤年主编，流体力学，第1 1版，中国建筑工业出版社，版，中国建筑工业出版社，20
4、012001n李玉柱主编，流体力学，第李玉柱主编，流体力学，第1 1版，高等教育出版社，版，高等教育出版社，19981998n禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，禹华谦主编，水力学学习指导，西南交通大学出版社，19981998n禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，禹华谦编著，工程流体力学新型习题集，天津大学出版社，20062006第4页，共14页，编辑于2022年，星期六讲次讲次讲次讲次第第1 1讲讲 第第2 2讲讲 第第3 3讲讲 第第4 4讲讲 第第5 5讲讲第第6 6讲讲 第第7 7讲讲 第第8 8讲讲 第第9 9讲讲 第第1010讲讲第第1111讲讲 第第1
5、212讲讲 第第1313讲讲 第第1414讲讲 第第1515讲讲第第1616讲讲 第第1717讲讲第5页，共14页，编辑于2022年，星期六高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？有很多小凹坑？有很多小凹坑？有很多小凹坑？n最早的高尔夫球最早的高尔夫球n现在的高尔夫球现在的高尔夫球第6页，共14页，编辑于2022年，星期六高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么高尔夫球表面为什么有很多小凹坑？有很多小凹坑？有很多小凹坑？有很多小凹坑？n高尔夫球表面之所以设计有许多小凹坑，其目的是让高尔夫球飞得更远。统计发现，一颗表面平滑的高尔夫球，经
6、职业选手击出后，飞行距离大约只是表面有凹坑的高尔夫球的一半。为了找出最佳发射条件，高尔夫产业的工程师和科学家对球杆和球之间的撞击进行了深入的研究。撞击通常只维持1/2000秒，它决定了球的速度、发射角以及球体的自旋速度。接着，球的飞行轨迹会受到重力以及空气动力学的影响。因此，空气动力学的最佳化设计便成空气动力学的最佳化设计便成为让高尔夫球飞得远的关键。为让高尔夫球飞得远的关键。n空气对于任何在其中运动的物体，包括高尔夫球，都会施加作用力。把你的手伸出行驶中的车外，可以很容易地说明这个现象。空气动力学家把这个力分成两部分：升力及阻力。阻力的作用方向与运动方向相反，而升力的作用方向则朝上。高尔夫球
7、表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。高尔夫球表面的小凹坑可以减少空气的阻力，增加球的升力。n一颗高速飞行的高尔夫球，其前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。n小凹坑也会影
8、响高尔夫球的升力。一个表面不平滑的回旋球，会像飞机机翼般偏折气流以产生升力。球的自旋可使球下方的气压比上方高，这种不平衡可以产生往上的推力。高尔夫球的自旋大约提供了高尔夫球的自旋大约提供了一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，一半的升力。另外一半则是来自小凹坑，它可以提供最佳的升力。n大多数的高尔夫球有300500个小凹坑，每个坑的平均深度约为0.025厘米。阻力及升力对凹坑的深度很敏感：即使只有0.0025厘米这么小的差异，也可以对轨迹和飞行距离造成很大的影响。小凹坑通常是圆形的，但其他的形状也可以有极佳的空气动力性能，例如某些公司生产的高尔夫球采用的是六角形 第7页，共14页，编辑于2022
9、年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n汽车发明于汽车发明于1919世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数C CD D很大，约为很大，约为0.80.8。第8页，共14页，编辑于2022年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。实
10、际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。第9页，共14页，编辑于2022年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪3030年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至虫型，阻力系数降至0.60.6。第10页，共14页，编辑于2022年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n2020世纪世纪50506060年代改进为船型，阻力系数为年代
11、改进为船型，阻力系数为0.450.45。第11页，共14页，编辑于2022年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。n以后进一步改进为楔型，阻力系数为以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.20.2。第12页，共14页，编辑于2022年，星期六汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？汽车阻力来自前部还是后部？n9090年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为年代后，科研人员研制开发的未来型汽车，阻力系数仅为0.1370.137。经过近经过近8080年的研究改进，汽车阻力系数从年的研究改进，汽车阻力系数从0.80.8降至降至0.1370.137，阻力减小为原来，阻力减小为原来的的1/5 1/5。目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油具有更好的动力学性能和更低的耗油率率。第13页，共14页，编辑于2022年，星期六机翼升力来至下部还是上部？机翼升力来至下部还是上部？机翼升力来至下部还是上部？机翼升力来至下部还是上部？第14页，共14页，编辑于2022年，星期六