流体阻力邹长江邹达有.doc

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1、流体阻力漫谈邹长江邹达有13625047903摘要:本文认为物体在流体里进动受到的阻力除摩擦阻力外,1,前部受到流体的静压强作用,在前曲面上产生向后的推力。2,前部对周围流体进行挠动所费的力。3,后部曲面上受到的力与其说是阻力,不如说是一种推力,一种向前的推力。阻力=前部曲面上受到的流体静压力十对周围流体挠动力十摩擦阻力-后部曲面上推力。圆顺的曲面能让流体流动较快发散,阻力较小。关键词:流体阻力、流体力学、挠动、船舶运动阻力、发散、散度现象能反映部分本质。本质在不同环境条件下会有不同的表现,从而产生出各种现象。就‘流线体’来说,它在流体中运动时阻力小,说是因为它具

2、有流线体型的缘固。但这些只是事实,是建立在分析实验数据基础上的认识,还不是对本质的认识。由于流场的复杂性,在数学上还难以建立工程上实用的流动方程式,工程上的问题多用试验办法解决。现在,计算机能虚模拟许多现象,可方便地解决一些实际的问题。但这只是经验的进步,不是认识的深入。下面我们就‘流线型’运动阻力之所以小,从力分析角度谈谈一点自己的认识。所谓的‘流线型’多是一种回旋体,前部为类半球形,后部为圆锥形。(前部,后部是以物体的最大迎流面处作分界)。我们以为将运动阻力细分为:摩擦力,前后压差阻力和对周围流体挠动力,而压差阻力又等于前部面上的流体静压力-后部面上流体的推力

3、,即:总阻力=前部曲面上的流体静压力-后部曲面上流体的推力十对周围流体挠动力十摩擦力。作这样的阻力细分,可以让各曲面上受力性质清晰,便于进行受力的分析。而在流体力学教科书中只认为物体所受的阻力(D)是由摩擦阻力(Dm)和压差阻力(Dy)所组成的,即:D=Dm十Dy,其压差阻力的含义又不甚明确。飞艇、鱼雷具有典型的流线型的形体。下面就以飞艇为例,从流体力学的角度对其阻力性质进行一些分析,以期寻找出具有流线型形体的潜艇、弹体等阻力小的原因。首先,我们假设飞艇由前、中、后三段(三部)组成的:类半球型的前段、圆柱型的中段、圆锥型的后段,然后分别对前段和后段进行受力分析,并

4、逐渐改变一些形体尺寸,注意其运动阻力变化,从中寻找各外型尺寸的变化对阻力的影响力度,指导我们朝低阻力方向努力。当然了,做些模型进行实验,看看什么样模型上的流线更贴体不散离、不起旋涡……也可以追寻到阻力小的形体,不过试验是一回事,探索原理又是一回事。一,后段面受力分析事物是相对的,我在上面说过,作用在后段面上的力与其说是阻力不如说是推力,因为这样才会有‘压差阻力’。图1,飞艇由ABD前段、BDFE中段和EFG后段的三部分组成。当飞艇在某推力的作用下,在(△t)时间内向前移动一段距离(△S),即由图1中的abegfd位置移到ABEGFD位置。这时飞艇的半球形头部向前排

5、开了ABbadDA内的气体,而圆锥体的尾外则腾出了锥壳EGF(S锥G)与‘egf’(S锥g)之间的可以想象的EegfFGE内的体积空间(U锥)。7这个想象的U锥空间的前后两个锥壳之间的空间距离(h)等于EG与eg的距离。它等于:h=△S×(Sinα/2)锥角∠α=∠EGF=∠egf由上式可知:α角度愈小,两圆锥壳之间的空间距离(h)就愈小,流体从‘egf’锥壳面流到EGF锥壳面上所用的时间(t)就愈短,哪,S锥G面上各点的压力恢复到静态时的压力值就愈快。同时,α角度愈小,EG与eg愈长,S锥g、S锥G锥壳面积愈大。在单位时间里,在两壳之间由S锥g流向S锥G的流量也

6、愈多。我们知道,一个闭合腔内压力的大小与进入腔内的气体量多少有关,进入腔内的气体量愈多愈快,压力上升得愈快。所以,α角度愈小,S锥g、S锥G锥壳面积愈大,之间的空间距离(h)愈小,S锥G面上各点的压力值就上升或者说‘恢复’得愈快。而飞艇的前后压差阻力等于前、后段面上各点受力在纵向上分力之差的总和。所以,到达S锥G壳面上的气体量愈快、愈多,艇受到的的压差阻力就愈小。所以,人们为了减少飞艇飞行阻力,尽量让尾部的锥体锥度小些。潜艇、海豚、鲸鱼、鲨鱼等的尾部就具有这样的形状。事物是发展变化的,以上讲得是物体运动速度相对较小时出现的情况,如果运动速度很快,拿以大马赫数飞行的

7、炮弹和导弹来说,情况就大不同了。因为运动速度快,单位时间前进的距离就长。如图二,Ee、Ff变长,EegfFGE腔变长变大,其Ee、Ff的圆柱面也增大了,但EGF锥体锥面却没有变化,这样一来侧圆柱面将成为EegfFGE腔的一个重要的‘进气’面,对阻力大小的影响也将随速度加快逐渐增大,所占的比重也逐渐增大。当Ee>>eg时(即物体运动速度很大)物体尾部的几何形状对阻力的影响度就很微弱而无关紧要了,所以子弹头、炮弹头的尾部就可以制造成平凹状。另外,如物体运动速度很快,EegfFGE腔内的压力总小于外面的大气压,形成相对的负压。这样,EegfFGE腔的侧圆柱面外气体将向腔

8、内作抛物线

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