1、空气动力学原理气流绕过物体的流动1.势函数的性质1)等势面与流线垂直 将流场中速度势相等的点连接起来,形成一个空间曲面,称为等势面。在平面流中,称为等势线。在等势面上 2)速度势在任何一个方向上的偏导数,等于速度在该方向上的投影 根据数学上方向导数的概念,速度势在任意方向l上的方向导数为 3)在势流场中,沿任意封闭曲线的速度环量为零。2.流函数 1)流函数的等值线与流线重合 3.平行流 就是流体质点以相同的速度相互平行地作等速直线运动。存在速度势 当常数时,x常数,所以等势线是xc的一族与y轴平行的直线。存在流函数平行流的等势线和流线图 流体从平面上一点均匀地向四周流出,一直流向无穷远处,这样
2、的流动称为平面点源。流体流出的点称为源点,单位时间内流出的体积流量称为源强,用qv表示。速度 势函数 4.偶极子 一对等强度的点源和点汇距离为零时,称偶极子 5.平行流绕圆柱体无环流流动 阻力定义 粘性阻力 物体前后压力dydu 圆柱表面的压强分布2、翼型受力、翼型受力分析分析 环流的存在环流的存在导致了叶片的导致了叶片的工作。工作。F F翼叶上受的气动力,与翼弦翼叶上受的气动力,与翼弦ABAB垂直;垂直;F FL L作用在风轮旋转平面上升力;作用在风轮旋转平面上升力;F FD D作用在垂直风轮旋转平面上阻力。作用在垂直风轮旋转平面上阻力。升力与阻力升力与阻力(D为阻力,为阻力,L为升力为升力
3、)平板与气流方向垂直时的情况,此时平板受到的阻力最大,升力为零 当平板静止时,阻力虽大但并未对平板做功;当平板在阻力作用下运动,气流才对平板做功;如果平板运动速度方向与气流相同,气流相对平板速度为零,则阻力为零,气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。当平板与气流方向平行时,平板受到的作用力为零(阻力与升力都为零)当平板与气流方向有夹角时,在平板的向风面会受到气流的压力,在平板的下风面会形成低压区,平板两面的压差就产生了侧向作用力F,该力可分解为阻力D与升力L。当夹角较小时,平板受到的阻力D较小;此时平板受到的作用力主要是升力L。截面为
4、流线型的翼片阻力很小,即使与气流方向平行也会有升力,因为翼片上方气流速度比下方快,跟据流体力学的伯努利原理,上方气体压强比下方小,翼片就受到向上的升力作用。当翼片与气流方向有夹角(该角称攻角)时,升力会增大,阻力也会增大,平衡这一利弊,一般说来攻角为8至15度较好。超过15度后翼片上方气流会发生分离,产生涡流,升力会迅速下降,阻力会急剧上升。vCFALL221212rFC AvvCFADD221气流作用力阻 力升 力vFCALL221vFCADD221升力系数阻力系数总的空气动力系数 vCAFr221222yxFFFCCCDLr222 对于同一种翼型(截面形状),其升力系数和阻力系数的比值,被
5、称为升阻比(k):DLCCk 压力中心压力中心 正常工作的翼片受到下方的气流压力与上方气流的吸力,这些力可用一个合力来表示,该力与弦线(翼片前缘与后缘的连线)的交点即为翼片的压力中心。对于普通薄翼型,在攻角在5至15度时,压力中心约在翼片前缘开始的1/4的位置。LAMvCM221翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩翼的俯仰力矩系数翼的俯仰力矩系数LAMvCM221L-翼的弦长翼的弦长(苏绍禹苏绍禹)相对风速相对风速 下图是一个风力机的叶片截面,当叶片运动时,叶片感受到的风速称为相对风速w,它是叶片的线速度(矢量)u与风进叶轮前的速度(矢量)v的合成矢量 w=u+v 叶片翼型的空气动力学基础1、叶片翼型几何参数:(1)翼的前缘;(2)翼的后缘;(3)翼弦;(4)翼的上表面(5)翼的下表面 (6)翼的最大厚度h(7)叶片安装角(8)迎角(攻角)(9)入流角入流角