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