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1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 流体力学实验室 郭明旻 编写 办公室电话：65642748 电子邮件：mmguo 流体力学实验I (http:/202.120.227.42，用户名：gmm) 实验流体力学的发展 实验流体力学的发展 现场实验和实验室实验 原型实验和模型实验 17世纪中叶以前：现场原型实验为主 20世纪初叶以后：实验室模型实验为主 第一时期17世纪中叶以前 主要依靠仔细的观察，粗略的测量与效益的比较 等相当原始的实验方法去了解各种流动现象，认 识各种运动规律，并通过不断实践，有意识地去 运用这些结果以改造世界。 主要成就 v完整地建立了流体静力学理论； v提
2、出了流体与物体运动之间的相对性原理； v定性地研究了管流与某些无压流动； v发展了各种流体机械。 第二时期17世纪中叶至20世纪初叶 除了继续利用现场原型实验解决生产问题以外， 还开始发展实验室实验所需的设备，仪器和技术 ，并逐步开展实验室研究，发现了一些新现象和 原理。 主要成就 v发展基本实验设备与仪器，和显示与测量技术； v发现伯努利与达西等定理和湍流与空化等现象； v研究了流体中运动物体(包括圆球、平板、船舶、炮弹 、翼型等)所受的力，特别是阻力； v详细和系统地研究了圆管层流流动； v提出了流体的动力相似理论。 第三时期20世纪初叶以后 除了继续围绕航海，航空，航天，系统地开展实验研
3、究和发展实验设备，仪 器与技术以外，还发现了一批新现象，提出了许多新概念，特别是有关湍流 与边界层的概念，并将计算机技术应用于流体实验。 主要成就 v 进一步发展实验设备、仪器及显示与测量技术； v 发现更多的流动新现象； v 提出边界层概念并开展这方面的研究； v 研究典型物体(如圆球、圆柱、平板、流线型物体等)的绕流问题和圆管、渠槽流动 ； v 围绕空、航天的需要研究翼型，机翼，迴转体与组合体的空气动力性能； v 研究流动过渡和湍流现象； v 验证理论(如NS方程，边界层概念，积分关系式等)； v 在实验中大量应用计算机技术。 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 流体力学
4、实验室 郭明旻 编写 办公室电话：65642748 电子邮件：mmguo 流体力学实验I (http:/202.120.227.42，用户名：gmm) 流体力学基础知识 内容提要 流体力学的研究对象 流体力学的研究方法 流体力学的基本概念 本课程涉及的流体流动的基础知识 1 流体力学的研究对象 流体 v液体和气体具有易流动性，统称为流体。 v“兵无常势，水无常形”，流体不能承受切向力，因而没有 固定形状。 流体力学 v力学的一个分支，研究流体的运动规律，流体和相邻 固体的相互作用规律，并利用这些规律解决实际问题。 v流体力学的广泛应用 凡有流体处，皆有流体力学； 没有流体处，也有流体力学。 2
5、 流体力学的研究方法 流体力学的研究方法 v分析方法 l优点：明确给出流动参量变化规律，普适性好； l缺点：数学上困难大，能解决的问题极其有限。 v数值方法 l优点：计算分析法无法求解的问题； l缺点：对复杂而缺乏完善数学模型的问题无能为力。 v实验方法 l优点：直接解决生产中的复杂问题，发现新现象，验 证分析和计算的结果； l缺点：普适性差，成本高。 3-1 流体的连续介质模型 流体由大量流体质点（具有一定性质的流体微 团）组成； 每个流体质点无间隙、连续地分布在所占据的 体积中，每一时刻都有确定的物理参量如压力 、速度、密度、温度等。 描述流体运动的宏观流动参量p、v、等可 表示为流体质点
6、空间位置x、y、z和时间t的连 续函数。 流动参量在空间的分布称为流场，通过分析、 计算和实验的方法研究其分布规律。 3-2 流体的性质 可压缩性流体随压力或温度改变密度或体积的性质 v 不可压缩流体（=常数）与可压缩流体（常数)； v 液体通常近似认为不可压缩 v 气体可压缩性的度量：马赫数 M=v/a ，M 40时，流动非定常、出现流动分离，流动上、下游 前后不对称； 粘性流体绕流圆柱理想流体绕流圆柱 时均压力系数 关于 =90平 面不对称，形 成压差阻力； 总阻力0。 14-158 2.2 阻力曲线 曲线左端属于小Re数情况（Stokes流动），阻力全来自于摩擦阻力， 阻力系数与Re数成
7、反比； 当102 Re 2.5105，阻力曲线变化缓慢，阻力主要来自于压差阻力 ； 在Rec2 105，阻力系数由1.2突然下降到0.3，出现“阻力危机”。阻 力下降的原因是由层流分离转变为湍流分离。 14-159 2.3 两种流态 发生“阻力微机”前后的两种典型流态 亚临界（Re Rec)： CD0.3，湍流附面层分离，分离点约130 。 14-160 2.4 压力分布曲线 两条典型的实验曲线仅在30区域内与理想流体理论曲线一致； 其它区域内压力分布的形态取决于绕流Re数，亚临界绕流实验曲线3 与理论曲线1的偏离比超临界绕流实验曲线2的偏离更大； 亚临界绕流实验曲线3对应于发生“阻力危机”之
8、前的层流附面层分 离（CD1.2，分离点约78)；超临界绕流实验曲线2对应于发生“阻力 危机”之后的湍流附面层分离（CD0.3，分离点约130)。 14-161 3.1 压力分布的测量 压力分布测试是实验流体力学的基本实验方法， 在基础性和工程性实验研究中得到广泛应用。 v检验假设的理论模型是否正确； v了解绕流物体流动的物理图案； v提供强度设计所需载荷分布数据。 14-162 3.2 压力分布的表示方法 将压力化成无量纲的压力系数形式 用向量法或坐标曲线法表示压力分布 其中 分别为来流静压和来流速度 。 14-163 3.3 阻力系数的定义与计算 阻力系数 其中D为阻力，S为圆柱体在垂直于流动方向的投影面积。对无限长等直 径圆柱，有S1dd，d为圆柱直径。 单位宽度圆柱体所受压差阻力和圆柱的阻力系数分别为： 14-164 3.4 圆柱表面压力分布的测量 14-165 3.4 圆柱表面压力分布测量 数据处理 v 计算来流速度V和实验雷诺数Re； v 作圆柱表面压力分布向量图和Cp 曲线； v 用数值积分方法求圆柱的阻力系数CD。 14-166 4 旋涡脱落频率的测量 14-167 通 知 实验地点：风洞实验室 时间安排：
