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0 空气动力学课件

流体力学Fluid Mechanics

第一部分

张震宇

南京航空航天大学

航空宇航学院

简介

?空气动力学(Aerodynamics)

?课程类别:必修课

?面对航空类本科生的专业基础课程?42学时

第一部分课程结构

?预备知识

?偏微分方程、微积分、矢量分析、场论

?守恒律、热力学定律

?基本原理

?空气动力学、流体力学

?无粘不可压流动

?Bernoulli 方程、位流理论、基本解、K-J定理?无粘可压流动

?热力学定律、等熵流动、激波理论、高速管流

第二部分课程结构(此处从略)?低速翼型理论

?几何特点、K-J后缘条件、薄翼型理论

?低速机翼气动特性

?B-S定律、升力线(面)理论

?亚音速空气动力学

?小扰动线化理论、薄翼型(机翼)气动特性

?超音速空气动力学

?薄翼型线化理论、跨音速流动、高超音速流动

?计算流体力学(CFD)

?网格生成、控制方程解算

背景阅读

?徐华舫,《空气动力学基础》,北航版?H. Schlichting, Boundary layer theory

?J.D. Anderson, Introduction to Flight

?E.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering Students

?G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics

?D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics

?https://www.wendangku.net/doc/202039308.html,/

第一章流体力学的基础知识

?基本任务和研究方法

?流体力学及空气动力学发展概述

?流体介质的物理特性

?气动力、力矩及气动力系数

?矢量和积分

?控制体、流体微团以及物质导数

研究流体运动的科学

研究流体运动的科学

研究流体运动的科学

Tacoma Narrows Bridge,1940

研究流体运动的科学

流体力学的基本任务

?研究对象:流体和固体间的相对运动

?探寻流体运动的基本规律

?研究流体与固体之间的相互作用?应用流体力学规律解决工程技术问题?预测流体力学新的发展方向

应用领域

?飞行器、船舶设计?建筑设计、土木工程?热能工程、传热学?热化学流体力学

?生物流体力学

?磁流体力学

主要研究方法

?实验研究

?理论分析

?数值计算

实验设备

风洞wind tunnel

激波管shock tube 水洞water tank

实验测试技术

?机械

?光、电、声、热

流动显示技术

实验研究方法

?实验结果较为真实、直接、可靠?限制因素

?模型尺寸限制

?实验边界的影响

?测量过程的干扰

?大量的人力和物力耗费

理论分析方法

?流动的模型化——问题的抽象表达

?找出主要因素,忽略次要因素

?控制方程的建立与解算

?后处理和分析

?未计及因素的修正

?有助于揭示问题的内在规律

?仅适用于简单问题

数值计算方法

?求解方法多样化

?有限差分(FDM)、有限元(FEM)、有限体积

方法(FVM)、谱方法

?对常规问题耗费相对较小

?可用于解算复杂流场的流动

?精度、稳定性、模型合理化

流体力学发展概述(-1800)

Daniel I. Bernoulli (1700-1782)

空气动力学第二章习题

2-1考虑形状任意的物体。如果沿着物体表面的压力分布为常值,是证明压力在屋面上的合力为零。 2-2 考虑如下速度场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。 2-3考虑如下速度场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。 2-4 考虑如下流场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。 2-5 习题2-2中的流场被称为点源。对于点源,试计算: (a)单位体积的微元其体积随时间的变化率; (b)流场的旋度。 2-6 习题2-3中的流场被称为点涡,试对点涡计算: (a)单位体积的微元其体积随时间的变化率; (b)流场的旋度。 提示:2-5、2-6两题在极坐标下求解更方便。 2-7已知一速度场为,试问这一运动是否是刚体运动? 2-8 现有二维定常流场分布。那么 (a)该流场是否可压缩? (b)试求通过(0,0)点和(L,L)之间的体积流量。 2-9阐述流线和流管的概念。并解释流线和迹线的区别。 2-10 现有二维定常不可压流动的速度场试求其势函数并画出流谱。 2-11 现有平面流场(k为正的常数)试分析求解流场的以下运动特性: 流线方程、线变形率、角变形率、旋转角速度,画出流线图和相应的流体运动分解示意图。2-12已知在拉格朗日观点下和欧拉观点下分别有速度函数 和 试说明各自的物理意义和他们的差异。

2-13试推导一维定常无粘的动量方程(不及质量力)。 2-14 直角坐标系下流畅的速度分布为:,试证过电(1,7)的流线方程为 2-15 设流场中速度的大小及流线的表达式为 , 求速度分量的表达式。 2-16 求2-15中x方向速度分量u的最大变化率及方向。 2-17 试证在柱坐标下,速度散度的表达式为 2-18 在不可压流动中,下列哪些流动满足质量守恒定律? (a) (b) (c) (d) 2-19 流体运动具有速度 问该流场是否有旋?若无旋,求出其速度势函数。 2-20 不可压缩流体做定常运动,其速度场为 其中a为常数。试求: (a)线变形率、角变形率; (b)流场是否有旋; (c)是否有势函数?有的话求出。

0951吸入制剂微细粒子的空气动力学评价方法

0951 吸入制剂微细粒子的空气动力学评价方法1
微细粒子剂量是评价吸入制剂有效性的重要参数。吸入气雾剂、吸入粉雾剂、吸入喷雾 剂的雾滴(粒)大小,在生产过程中可以采用合适的显微镜法或光阻、光散射及光衍射法进 行测定;但产品的雾滴(粒)分布,则应采用雾滴(粒)的空气动力学直径分布来表示。采 用本法测定的微细粒子剂量为其空气动力学雾滴(粒)直径小于一定大小的药物质量。
第一法(双级撞击器) 仪器装置 装置各部分如图所示。
A:适配器,连接吸入装置。 B:模拟喉部,由改进的50ml圆底烧瓶制成,入口为29/32磨口管,出口为24/29磨口塞。 C:模拟颈部。 D:—级分布瓶,由24/29磨口 100ml圆底烧瓶制成,出口为14/23磨口管。 E:连接管,由14 口磨口塞与D 连接。 F:出口三通管,侧面出口为14口磨口塞,上端连接塑料螺帽(内含垫圈)使E与F密封, 下端出口为24/29磨口塞。 G:喷头,由聚丙烯材料制成,底部有4个直径为1. 85mm±0.125mm的喷孔,喷孔中心 有一直径为2mm,高度为2mm的凸出物。 H:二级分布瓶,24/29磨口250ml锥形瓶。 玻璃仪器允许误差±1mm。 仪器照图安装,于20~25℃下,在通风橱内进行操作。在第一级分布瓶D中,加入各品 种项下规定的溶剂7ml作为吸收液,在第二级分布瓶H中加入各品种项下规定的溶剂30ml作 为接受液,连接仪器各部件,使二级分布瓶的喷头G的凸出物与瓶底恰好相接触。用铁夹固
1 本通则名称原为“吸入气雾剂、吸入粉雾剂、吸入喷雾剂的雾滴(粒)分布测定法”。 1

空气动力学课件

流体力学Fluid Mechanics 第一部分 张震宇 南京航空航天大学 航空宇航学院

简介 ?空气动力学(Aerodynamics) ?课程类别:必修课 ?面对航空类本科生的专业基础课程?42学时

第一部分课程结构 ?预备知识 ?偏微分方程、微积分、矢量分析、场论 ?守恒律、热力学定律 ?基本原理 ?空气动力学、流体力学 ?无粘不可压流动 ?Bernoulli 方程、位流理论、基本解、K-J定理?无粘可压流动 ?热力学定律、等熵流动、激波理论、高速管流

第二部分课程结构(此处从略)?低速翼型理论 ?几何特点、K-J后缘条件、薄翼型理论 ?低速机翼气动特性 ?B-S定律、升力线(面)理论 ?亚音速空气动力学 ?小扰动线化理论、薄翼型(机翼)气动特性 ?超音速空气动力学 ?薄翼型线化理论、跨音速流动、高超音速流动 ?计算流体力学(CFD) ?网格生成、控制方程解算

背景阅读 ?徐华舫,《空气动力学基础》,北航版?H. Schlichting, Boundary layer theory ?J.D. Anderson, Introduction to Flight ?E.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering Students ?G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics ?D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics ?https://www.wendangku.net/doc/202039308.html,/

空气动力学前六章知识要点

空气动力学基础前六章总结 第一章 空气动力学一些引述 1、 空气动力学涉及到的物理量的定义及相应的单位 ①压强:是作用在单位面积上的正压力,该力是由于气体分子在单位时间内对面发生冲击(或穿过该面)而发生的动量变化,具有点属性。 0,lim →?? ? ??=dA dA dF p 单位:Pa, kPa, MPa 一个标准大气压:101kPa ②密度:定义为单位体积内的质量,具有点属性。 0,lim →=dv dv dm ρ 单位:kg/㎡ 空气密度:1.225Kg/㎡ ③温度:反应平均分子动能,在高速空气动力学中有重要作用。单位:℃ ④流速:当一个非常小的流体微元通过空间某任意一点的速度。单位:m/s ⑤剪切应力:dy dv μ τ= μ:黏性系数 ⑥动压:212 q v ρ∞∞∞= 2、 空气动力及力矩的定义、来源及计算方法 空气动力及力矩的来源只有两个: ①物体表面的压力分布 ②物体表面的剪应力分布。 气动力的描述有两种坐标系:风轴系(L,D )和体轴系(A,N)。力矩与所选的点有关系,抬头为正,低头为负。 cos sin L N A αα=- , sin cos D N A αα=+ 3、 气动力系数的定义及其作用 气动力系数是比空气动力及力矩更基本且反映本质的无量纲系数,在三维中的力系数与二维中有差别,如:升力系数S q L C L ∞=(3D ),c q L c l ∞=' (2D )

L L C q S ∞≡,D D C q S ∞≡,N N C q S ∞≡,A A C q S ∞≡,M M C q Sl ∞≡,p p p C q ∞∞-≡,f C q τ∞≡ 二维:S=C(1)=C 4、 压力中心的定义 压力中心,作用翼剖面上的空气动力,可简化为作用于弦上某参考点的升力L,阻力D 或法向力N ,轴向力A 及绕该点的力矩M 。如果绕参考点的力矩为零,则该点称为压力中心,显然压力中心就是总空气动力的作用点,气动力矩为0。 5、 什么是量纲分析,为什么要进行量纲分析,其理论依据,具体方法 在等式中,等号左边和等号右边各项的的量纲应相同,某些物理变量可以用一些基本量(质量,长度,时间等)来表达,据此有了量纲分析法,量纲分析可以减少方程独立变量个数,其理论依据是白金汉π定理。白金汉π定理:一个含有N 个变量的等式,可以写成N-K 个π积的函数形式,K 表示用K 个基本量纲来化简,每个非独立变量只出现在一个π积中,最终每个π积中K 个量纲的幂指数分别等于0,方程得到化简。通过量纲分析法引出了雷诺数Re 和马赫数M ,这两个参数被称作相似参数。自由来流的马赫数Re=∞∞∞μρ/c V =惯性力/黏性力,马赫数M=∞∞a /V ,马赫数可以度量压缩性。 6、 流动相似 判断流动动力学相似的标准是: ①两流体的表面和所有固体边界是几何相似的 ②相似参数相同,即马赫数和雷诺数。 7、 流动问题的分类,判断标准,各有什么样的特点; (连续介质与自由分子;有粘无粘;可压不可压;根据马赫数的分类) 流动类型:当分子对物体表面的碰撞很频繁以致于物体不能分辨出单个分子碰撞(平均自由程很小),对物体表面而言流体是连续介质,这样的流动成为连续流动。如果流动中没有摩擦、热传导或者扩散,那么这样的流动被称为无黏流动。密度是常数的流动称作不可压缩流动(M<0.3)。 马赫数区域:如果流动中任意一点的马赫数都小于1,那么流动是亚音速的(M<0.8)。既有M<1的区域又有M>1的区域成为跨音速区域(0.8

8级生物采样器

美国TischEnvironmental, Inc., (TEI)八级空气生物撞击式采样器(MASSFLOW CONTROLLED PUF SAMPLER) 在过去的十年中,随着对无污染环境的需要,空气中的微生物的研究日益重要。微生物的悬浮颗粒被定义为空气中液体或固体颗粒中能存活的生物污染物。这些颗粒的具有不同的尺寸,从小于0.1微米的病毒到大于100微米的真菌孢子。可以是独立出现,也可能聚集出现。TE-20-800型八级空气微生物采样器专门用于收集和研究需氧细菌和 真菌。 八级空气微生物采样器也称作国际标准多级采样器,是各国多级采样器技术标准的世界级标准采样器。美国TEI公司是一家专业的采样设备制造商,具有超过50年的设计制造经验。 TE-20-800型八级空气微生物采样器是一个多孔,层叠碰撞(空气)取样器,通常用于环境中的需氧细菌和真菌浓度和颗粒大小分布的测量。该采样器可以根据人体肺部的沉积情况进行采集所有微粒,无论物理尺寸、形状或密度。采样器的每级中可放置一个装有琼脂培养基的培养皿,用于收集采样空气中的微生物粒子,微生物粒子会随气流的撞击留在培养基上。随后培养皿可以取出,进行培养后,用菌落计算公式计算。 仪器特点: ·具有PM10 高效预撞击器,保证了大颗粒的精确分离。 · 28.3 ALPM的高样品流速 ·从0.4nm~9nm的尺寸分离 ·可选采样体积控制的真空系统 ·防腐蚀的铝合金机体和硅橡胶密封 ·利用空气动力对空气中的颗粒精确的按大小分离,具低成本和易操作的特性 ·有效的消除颗粒的反弹和夹带 ·极高的收集效率、重现性和准确性 ·利用空气动力学进行9段分离 · 81mm的样品培养基,可以简单的处理和称重 ·结合了美国联邦撞击式采样器标准,并且符合OSHA, EPA 和ACGIH 对可吸入颗粒的采样要求。 技术参数 ·组成:TE-20-800型八级空气微生物采样器包括8个铝合金多孔台,8个不锈钢收集盘,81mm 过滤器 支架,11个硅橡胶密封圈,真空泵和便携箱。 ·颗粒尺寸:0.4nm到9nm

空气动力学第二章习题

空气动力学第二章习题 部门: xxx 时间: xxx 整理范文,仅供参考,可下载自行编辑

2-1考虑形状任意的物体。如果沿着物体表面的压力分布为常值,是证明压力在屋面上的合力为零。 2-2 考虑如下速度场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。 2-3考虑如下速度场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。b5E2RGbCAP 2-4 考虑如下流场,其x,y向的速度分量分别为,其中c为常数。试求流线方程。p1EanqFDPw 2-5 习题2-2中的流场被称为点源。对于点源,试计算: (a)单位体积的微元其体积随时间的变化率; (b)流场的旋度。 2-6 习题2-3中的流场被称为点涡,试对点涡计算: (a)单位体积的微元其体积随时间的变化率; (b)流场的旋度。 提示:2-5、2-6两题在极坐标下求解更方便。 2-7已知一速度场为,试问这一运动是否是刚体运动?DXDiTa9E3d 2-8 现有二维定常流场分布。那么 (a)该流场是否可压缩?

(b)试求通过<0,0)点和试分析求解流场的以下运动特性:5PCzVD7HxA 流线方程、线变形率、角变形率、旋转角速度,画出流线图和相应的流体运动分解示意图。 2-12已知在拉格朗日观点下和欧拉观点下分别有速度函数 和 试说明各自的物理意义和他们的差异。 2-13试推导一维定常无粘的动量方程<不及质量力)。 2-14 直角坐标系下流畅的速度分布为:,试证过电<1,7)的流线方程为 2-15 设流场中速度的大小及流线的表达式为 , 求速度分量的表达式。 2-16 求2-15中x方向速度分量u的最大变化率及方向。 2-17 试证在柱坐标下,速度散度的表达式为 2-18 在不可压流动中,下列哪些流动满足质量守恒定律?

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