流体力学在研究汽车性能中的应用
2010年度流体力学结业论文
流体力学在研究汽车性能中的应用
姓名：
班级：
学号：
日期：2010年11月20日
流体力学在研究汽车性能中的应用
摘要：流体力学是人们在利用流体的过程中逐渐形成的一门学科，它起源于公元前3世纪阿基米德对浮力的研究，由于数理学科和流体工程学科相互推动而得到发展。现今它已经成为航空航天、动力、机械、环境生物等工程学科的基础之一，本文从流体力学中空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等方面分析了流体力学在汽车研究中的作用。
关键词：空气阻力气动升力汽车研究
0引言
汽车问世后的100多年间,科技突飞猛进,时至今日,已成为集当代高科技于一身且与人类生活息息相关的时代骄子。尤其是近年来,国家加大交通设施的投资力度,高速公路等交通网络四通八达,大大缩短了城市之间的距离,方便了人们的日常生活。欣喜之余,能否进一步提高汽车车速摆在了每一个汽车工作者的面前。为此,本文将对汽车行驶时的空气阻力空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等不可忽视的关键因素进行具体分析,以期探讨流体力学在汽车研究方面的应用。
1汽车外流场分析
空气阻力的组成汽车行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。对于汽车车身,空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力。摩擦阻力是由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力;压力阻力则是作用在汽车车身表面上的正压力的合力在行驶方向的分力,它可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。其中,形状阻力占压力阻力的大部分,与车身形状有直接关系;干扰阻力是车身表面突起部分引起的气流干扰而产生的阻力;诱导阻力则是空气升力在水平方向的分力。在空气阻力中,形状阻力约占60%,可见,车身形状是影响空气阻力的主要因素[1]。
汽车在行驶过程中，随着速度的提高，空气阻力也随之增加，在无风条件下空气阻力的计算[2]：
25.21u
2a
w A C F D =其中，w F 为空气阻力，D C 为空气阻力系数，A 为迎风面积，a u 为汽车行驶速度。
可见,空气阻力与汽车的空气阻力系数、迎风面积和车速的平方成正比。为了减少
汽车行驶时的空气阻力,主要应减小汽车的迎风面积和空气阻力系数。迎风面积在很大程度上取决于汽车的容量和尺寸大小,受到乘座使用空间的限制,不易进一步减小。因此,减小空气阻力主要依赖于空气阻力系数的减小。在实际使用过程中，汽车在高速路上行驶时，50％的能量用于克服空气阻力。同时，在汽车高速行驶中，气流产生的升力也会影响到汽车的附着力。基于汽车动力性、经济性和操作稳定性的考虑，世界各大汽车厂商都致力于降低空气阻力，改善气流升力，这就涉及到车身的合理造型,即使汽车外形接近最优。日本近年来研制成功的磁悬浮列车,其原理也是这样。它们的外形似火箭,迎风面积小,速度极快。
2汽车表面的压强对汽车性能的影响
图一图一轿车模型表面压强分布图轿车模型表面压强分布图轿车模型表面压强分布图（
（00=β）图二轿车模型表面压强分布图（020=β）
汽车前下部为外凸轮廓导致表面气流加速，压力迅速降低。在汽车底部前缘处压力降至最低值后，由于汽车底部和地面之间的通道使得气流收到一定程度的滞止，汽车表面压力得到一定程度的回升。之后由于汽车底部粘性边界层和地面的拥塞作用，使得气流速度逐渐增大，压力逐渐降低。从压力分布图可见，除前脸部分、发动机罩与前风窗交界处、及后风窗与行李箱罩交界处出现正压外，其余部分均为负压。出现负值较大的地方是车身前面上端拐角及侧面拐角处，车身顶部都是负压区，且变化平缓[3]。
作用在汽车上的气动力与汽车周围的压力分布直接有关[4][5]，而压力分布又与气流流经汽车的流谱有紧密联系。汽车行驶时，前方来流首先遇到车身前部，使气流受阻，速度大大降低，气流的动压转变为静压，因此在车头前部形成一个正压区。这股气流分成两部分，一部分向上，通过发动机罩、前挡风玻璃、驾驶室顶向后流去；另一部分向下，通过车身下部，然后向车尾流去。流向上方的这部分气流在流经车头上缘时，由于缘角半径比较小，气流往往来不及转折，而出现局部分离，流速比较大，因此在上缘角附近有很大的吸力峰，随后，气流又重新附着在发动机罩上。由于发动机罩有一定的斜度，其上的气流速度仍然较快，因而压力仍为负值，所以在发动机罩的前部形成一个较
大的负压区。当气流到达发动机罩和前挡风玻璃交界处时，由于档风玻璃的存在，气流速度降低，同时由于凹角的存在，在凹角处形成一个滞区，在滞区中又有内部涡流的存在，该区具有正压力。在气流到达挡风玻璃上缘时，在车顶前缘附近又出现一个吸力峰。由于车顶车身外形鼓起，流经它的气流速度低，因而负压有所减小。
3气动升力对汽车的影响
气动升力对汽车性能的影响如图所示，当空气流经上下表面不对称的翼型时，空气质点流经上表面的路程比下表面的路程长，而流经后的空气质点又必须同时在后缘汇合，因此流经上翼面的空气质点速度比流经下翼面空气质点速度高。根据伯努利定理可知，上翼面的静压比下翼面的静压小，从而在上下翼面间产生压差，产生升力。气动升力将减小汽车轮胎对地面的压力，影响动力性和制动性能，同时，使轮胎侧向附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。汽车所受的气动力和气动力矩大小均与车速的平方成正比。当汽车低速行驶时，汽车所受的气动力和气动力矩对汽车性能影响较小。当汽车高速行驶时，气动力对汽车各性能的影响已占主要地位。以气动阻力为例，汽车的滚动阻力受气动升力的影响是随汽车速度增加而减少的；而汽车的气动阻力则是随着车速的增加以二次方的速度增加。从大量的统计数据来看，当汽车车速等于70km／h左右时，汽车所受的气动阻力和滚动阻力几乎相等。当汽车车速达到150km／h后，汽车所受的气动阻力是滚动阻力的2～3倍。气动升力在汽车高速行驶时，对汽车各性能的影响则更为明显。特别是对赛车，气动升力对其性能的影响已成为最主要的问题。
对汽车性能的影响
气动侧力对汽车性能的影响
4气动侧力
外形不对称、横偏角（气流与汽车纵对称面夹角）产生气动侧力。汽车列车受侧向风时,就会在车身侧板的侧向边缘处引起非常强烈的气流。此外,它还破坏了驾驶室与车身之间空隙处正常的小涡流状态,而从背风面沿车身侧壁移动,在范围内形成旋涡稠密气流区,这就使车身正前方的阻力明显地增大,从而使汽车列车迎风面积上的空气阻力大为增加，将使汽车相对原直线行驶方向发生偏移[6]。
5结语
流体力学在汽车研究设计中应用越来越广泛，节约成本，缩短产品的开发周期，优化设计效果，使设计结果更具有科学性，对汽车进入实车造型与分析评价将产生较大影
响，逐渐成为汽车产品开发的主要理论知识。
6参考文献
[1].陈永光,李宁.空气阻力与车身造型研究.公路与汽运.2008
[2].唐鹏,江洪,曾珠.CFD在整车设计中的应用.重庆工业职业技术学院.2010
[3].谢今明，张扬军，涂尚荣.地面效应对汽车外部流动的影响.机械工程学报.2003.3.58
[4].刘光宗，流体力学原理与分析方法，高教出版社，1992
[5].傅立敏，汽车空气动力学，机械工业出版社，1998年11月
[6].颜增品.侧向风对汽车列车空气阻力的影响.浙江省丽水地区汽车改装厂
流体力学在研究汽车性能中的应用
2010年度流体力学结业论文 流体力学在研究汽车性能中的应用 姓名： 班级： 学号： 日期：2010年11月20日
流体力学在研究汽车性能中的应用 摘要：流体力学是人们在利用流体的过程中逐渐形成的一门学科，它起源于公元前3世纪阿基米德对浮力的研究，由于数理学科和流体工程学科相互推动而得到发展。现今它已经成为航空航天、动力、机械、环境生物等工程学科的基础之一，本文从流体力学中空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等方面分析了流体力学在汽车研究中的作用。 关键词：空气阻力气动升力汽车研究 0引言 汽车问世后的100多年间,科技突飞猛进,时至今日,已成为集当代高科技于一身且与人类生活息息相关的时代骄子。尤其是近年来,国家加大交通设施的投资力度,高速公路等交通网络四通八达,大大缩短了城市之间的距离,方便了人们的日常生活。欣喜之余,能否进一步提高汽车车速摆在了每一个汽车工作者的面前。为此,本文将对汽车行驶时的空气阻力空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等不可忽视的关键因素进行具体分析,以期探讨流体力学在汽车研究方面的应用。 1汽车外流场分析 空气阻力的组成汽车行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。对于汽车车身,空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力。摩擦阻力是由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力;压力阻力则是作用在汽车车身表面上的正压力的合力在行驶方向的分力,它可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。其中,形状阻力占压力阻力的大部分,与车身形状有直接关系;干扰阻力是车身表面突起部分引起的气流干扰而产生的阻力;诱导阻力则是空气升力在水平方向的分力。在空气阻力中,形状阻力约占60%,可见,车身形状是影响空气阻力的主要因素[1]。 汽车在行驶过程中，随着速度的提高，空气阻力也随之增加，在无风条件下空气阻力的计算[2]： 25.21u 2a w A C F D =其中，w F 为空气阻力，D C 为空气阻力系数，A 为迎风面积，a u 为汽车行驶速度。 可见,空气阻力与汽车的空气阻力系数、迎风面积和车速的平方成正比。为了减少
流体力学在车辆工程中的应用与分析
流体力学在车辆工程中的应用与分析 小组成员： 专业班级： 指导教师：
【摘要】近年来随着液压与气压技术的发展和在车辆工程的应用，车辆的各项性能都有了很大地提高，尤其是现代车辆上使用了电脑、机电液一体化的高新技术，使车辆的发展更上了一个新的台级。了解流体力学在车辆工程中的应用，不仅可以加深我们对于专业学习的理解，对于从事汽车理论学习和设计制造维修的人员更加具有重要的意义。 【关键词】液压与气压流体力学车辆工程应用 1 引言 车辆在现代社会中使用广泛，它关系着我国经济建设支柱产业之一的汽车工业及交通运输事业的振兴和发展，并对农业现代化和国防装备现代化具有重大的影响。现在汽车都在向着驾驶方便、运行平稳、乘坐舒适、安全可靠、节能环保的方向发展。在这些发展中液压气压与液力传动技术起了主导作用。液压气压与液力传动在汽车上的应用具有一定的特点，由于汽车整体结构和轻量化的要求，系统结构紧凑、元件组合性强与电气结合，能够根据汽车的运行状况进行控制。本文就流体力学在车辆工程中的应用进行了分析与介绍。 2 流体力学在车辆工程中的应用与分析 2.1流体力学在汽车外型上的应用 1减小阻力 随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。 2 增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可能。 2.2流体力学在自动减速器中的应用 汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。汽车自动变速器常见的型式有液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器变速器（DSG）。目前应用最广泛的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。其中液力变扭器是最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。 2.3流体力学在悬架系统中的应用 汽车电控液压悬架可以使司乘人员都有乘坐软弹簧的舒服感，而且还能保证汽车的灵活性和稳定性。目前轿车上采用的电子控制悬架都具有灵敏的车高调节功能，不管车辆(规定
流体力学在汽车外形上的应用王彬
流线性 汽车的造型的确是影响油耗的重要因素，流线型的设计和符合空气动力学的外型有利于降低风阻和汽车在高速行驶时的稳定性。 当然用料也是很重要的 简单的讲气流在车身流过时受的扰动越小对汽车的阻力越小也就越省油，但汽车必须靠空压来增加抓地力，以增加操控和稳定性，所以需要均衡考虑。 汽车流线型流体力学 生活中我们看到各式各样的汽车，包括在汽车拉力赛或者F1赛事中出现的赛车，虽然样式都不相同，但都有一个共同的特点，那就是车身像鸟儿或鱼儿一样呈流线型。为什么汽车要做成这种形状，而不是球形，矩形或其他的形状呢？用流体力学可以完全解开这个谜。 一流线型的产生 一般来说，从高压向低压的流动是自然的，因此，在扩大的流动时，受某种诱发因素的影响，会很容易产生逆流。如图所示，急剧扩大的流动和阶梯状扩大的流动，都是因为使流动急剧扩大，所以在固体表面产生了逆流。在扩大的部分，产生的逆流在循环着，这就是流动的剥离。像这样，在流动扩大的地方，因为压强的上升易导致剥离的产生，所以设计时必须要注意。一旦产生了剥离，阻力则急剧增加，能量的损失也就加大。因此为了减小阻力，原则就是要避免流动的急剧的扩大。 二流线型的形状
在流线形的前半部分，流路面积减小，呈缩小的流动。因为不易产生剥离，所以物体的宽度变化稍微急剧一些也不要紧。但是，如果前端过于尖锐，当前端相对于流动的方向改变时，前端的流体无法急剧弯转，则会产生剥离。为了防止这种情况的产生，前端通常为圆形。 在流线形的后半部分，因为流路面积扩大，呈扩大的流动，为了避免急剧的扩大和折角等引起剥离的因素，通常流路的断面积都是渐开的，也就是物体的宽度渐渐地变小，最后变得尖锐。 三流线型的应用 1减小阻力 从汽车外形的演变，我们可以看出流体力学对汽车的影响。随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。 2 增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可 能。
汽车流体力学
车辆05级（A)卷解答 一、选择题: （每题1分，共8分） 1-4 C D C D 5-8 C B A A 二、是非题: （每题一分，正确打∨，错误打×，共10分） 9-13 ×∨×∨× 14-18 ×∨∨×× 三、 简答题: （每题4分，共12分） 19、答： 与空气的粘性有关；与汽车的外形状有关；与来流的速度 等有关。要减小绕流阻力，应尽可能使汽车表面流线形，减小尾涡区，使压差阻力减小。 20、答： 超音速气流流经扩大管时：压力下降、速度增加、马赫数 增加；超音速气流流经缩小管时，压力上升、速度下降、马赫数变小。 21、答： 流体在管中做紊流运动时，其切应力由粘性切应力和紊流 切应力两部份组成。粘性切应力与流体的粘性大小、速度梯度有关，它主要发生在层流底层；紊流切应力与流体的脉动速度、密度有关它主要发生在紊流核心区。 四、计算题: （共70分）计算过程中只需保留两位小数；每题分步给分 解：22题： 由 0 1.60.57140.52832.8 b p p ==>，喷管出口没有达到音速，选用收缩喷管。 (3分) 此时出口压力等于背压， 即52 1.610b p p Pa =?＝ (3分) 由 222Q u A ρ= 需计算出口速度、密度 由 1 000 210.422 1.4 02550 468.731.75p T T T K p T p p γ γγγ --??== = = ??? ?? ??? 2403.77/u m s ===
5 3222 1.610 1.19/287468.73 p kg m RT ρ?===? 222 1.19403.770.02512.01/Q u A kg s ρ==??= (7分 ) 20.93M === (3分) 解：23题：(1) 求压力p 2 由题意可得 V 1=1.02 m/s ， V 2=2.49 m/s (2分) 建立断面1－2的粘性流体的伯努利方程： 222 211221212222p V p V V V L L g g g g d g g λξ ρρ+=++++ 222 22112121222221121212222()2p p V V V V L L g g g g d g g L p p V V V V gL d λξρρρ λξρ∴=+----∴ =+---- (10分) 4222224 21000 2.5 510(1.02 2.490.02 1.020.3 2.49)1000 2.59.820.252.1910(/) p N m =?+--??-?-??=? (2) 求高度差h 21214412'(') 510 2.1886101000 2.59.80.03 () (')(13.61)10009.8 p gL gb gh p gh gb p p gL hg p p gL h m g ρρρρρρρρρρρ+++=++-+=---?-?-??∴===--?? (8分) 解：24题：取控制体如图 3 1222 14431.4101/Q Q V V m s A d d ππ-??===== （2分） 由1－2的Br.eq 方程求出p 2：
生活中的流体力学
生活中的流体力学 姚** 北京科技大学数理学院，北京，100083 Email： Sunday, June 10, 2012 摘要：本文介绍了流体力学的基本定理，牛顿黏性定率，并给出了流体力学在生活中的几个利用的例子。 关键字：流体力学生活牛顿流体 1、牛顿粘性定理和非牛流体 英国科学家牛顿于1687年，发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时，附着于上、下平板的流体质点的速度，分别是U和0，如图1-1，两平板间的速度呈线性分布，斜率是黏度系数。由此得到了著名的牛顿黏性定律。[1] 图1-1 牛顿粘性定律 而斯托克斯1845年在牛顿粘性定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程（简称：纳斯方程）。 后来人们在进一步的研究中知道，牛顿黏性实验定律（以及在此基础上建立的纳斯方程），对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线
性关系。为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”，都属于非牛顿流体。 2、几个生活中流体力学应用的例子 2.1、汽车设计上的流体力学 在我们身边来来往往飞驰的汽车，更是与流体力学的巧妙结合。 以汽车为例，影响和提升汽车的动力特性的装置主要的是它的导流罩。研究表明，在厢式货车上安装导流罩，可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大:设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙，可以增强导流罩的减阻效果。在厢式货车尾部安装涡流稳定器，可以降低尾涡区内气流能量的消耗，使静压回升，压差阻力减小。 图2-1-1 鱼型图2-1-2 楔型 前上部导流罩装在驾驶室顶上，能将迎面气流导向车顶和侧围，消除或向高出驾驶室顶部以及驾驶室与货箱之间空间的影响。他有三种形式：板罩式，立体式和涡流凹板式，三种形式分别可使气动阻力降低20%~30%，25%~35%，15%~20%，第一种已被大量采用，第二种用得比较广，第三种使用的有限。前下部导流罩和前侧阻翼板，俩者均装在保险杠上，下部导流罩使进入车下的导流不与车下部分突出的构建相互作用，从而可使汽车的气动阻力降低10%~15%。车身前侧导流罩和前侧翼板，这俩种装置都在车身前部分的流线形，可以改善车身部分的流线形，使汽车的气动阻力分别降低10%~15%和5%~10%。 导流罩对卡车的气动特性有很大的影响。卡车要采用辅助措施使其有平滑的过渡面，是其表面外形不易产生涡流。最重要的是导流罩的处理，应由到气流平顺的流过顶盖。厢式货车安装导流罩可使汽车表面的流谱发生重要变化，流谱的改变可大幅度的减小气动阻力，对减阻节能意义重大。[2]
生活中的流体力学(精选.)
当我们观察生活时可以发现，我们生活在一个流体的世界里。生活离不开流体，同样我们也离不开流体。鹰击长空，鱼翔浅底；许许多多的现象都与流体力学有关。生活中的很多事物都在经意或不经意中巧妙地掌握和运用了流体力学的原理，让其行动变得更灵活快捷。 你发现没有，高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表面，而不是平滑光趟的表面，就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小，使流动变为紊流，以减小阻力的实际应用例子。最初，高尔夫球表面是做成光滑的，后来发现表面破损的旧球反而打的更远。原来是临界Re数不同的结果。高尔夫球的直径为41.1毫米，光滑球的临界RE数为3.85×E5，相当于自由来流空气的临界速度为135米/秒，实际上由于制造得不可能十分完善，速度要稍微低一些。一般高尔夫球的速度达不到这么大，因此，空气绕流球的情况属于小于临界Re数的情况，阻力系数Cd较大。将球的表面做成粗糙面，促使流动提早转变为紊流，临界RE数降低到E5, 相当于临界速度为35米/秒，一般高尔夫球的速度要大于这个速度。因此，流动属于大于临界Re数的情况，阻力系数Cd较小，球打得更远。乒乓球运动时分离则属于层流分离。 同样在游泳的时候，也受到流体的作用。游泳是在水中进行的周期性运动。人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。身体保持流线型（吸足气），使重心与水的浮心接近一条直线，就能漂浮较长
时间；如果先吸足气，双臂却紧贴体侧，胸腔虽充足气，但下肢相对上身比重较大，下肢很快就会下沉。因此，游泳不但要充分利用水的浮力，而且要尽量减少失去浮力的时间，如头不要抬得太高，身体不能起伏转动太大，空中移臂时间宜短等。 游泳者游进时受到相反方向的阻力作用。游泳的阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物体的形状阻力。设流线型物体的阻力为1，那么其他形状物体的阻力就大几倍甚至100倍。推进力是指做臂划水或腿打水（蹬夹水）动作时给水一个作用力，水就给人体一个力量大小相等的反作用力，这个力就叫推进力。游泳就是靠臂绕肩关节和腿绕髋关节，以复杂的弧线做圆周运动。根据圆周运动的有关原理，角速度相等时，半径越长线速度越大。所以，游泳运动过程中，距肩和髋最远的手和脚的速度最大。臂划水的作用面是手掌和前臂，腿打、踢水的作用面主要是脚面和小腿前侧；腿蹬夹水的主要作用面则是脚和小腿内侧。增加这些部位对水的横切面（如佩带蹼具等），就能产生更大的推进力。 在我们身边来来往往飞驰的汽车，更是与流体力学的巧妙结合。汽车发明于19世纪末，当时人们认为汽车的阻力主要来自前部对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数（CD）很大，约为0.8。实际上汽车阻力主要来自后部形成的尾流，称为形状阻力。
推荐-流体力学在汽车外形上的应用 精品
流体力学在汽车外型上的应用 土木建筑学院 建筑环境与设备工程10-1 仇德运 学号：20XX01020805 摘要：本文从生活中汽车的流线型外形谈起，从流体力学角度分析了汽车流线型车身产生的原理，介绍了与之相关的伯努利定律的应用，说明流体力学与人们生活密切相关。 关键词：汽车流线型流体力学伯努利定律 正文：生活中我们看到各式各样的汽车，包括在汽车拉力赛或者F1赛事中出现的赛车，虽然样式都不相同，但都有一个共同的特点，那就是车身像鸟儿或鱼儿一样呈流线型。为什么汽车要做成这种形状，而不是球形，矩形或其他的形状呢？用流体力学可以完全解开这个谜。 一流线型的产生 我们可以做这样一个实验，准备各种形状的空塑料瓶，头朝下放入水中然后松手，看哪种能跳的更高，结论是外形阻力小的瓶子会跳得更高。流线形是受到抵抗小的形状，其理由是抑制了剥离。 为什么会产生剥离？如图所示，可以考虑缩小的流动和扩大的流动这两种情况。缩小的流动是随着向下游的行进，流动变得越来越窄。越往下游，流动通路的断面积越小，流速则越大，根据伯努利定律，压强是下降的。因为高压向低压的流动是自然的流动，所以缩小的流动也就是安定的。 相反，扩大的流动是随着向下游的行进，流动变得扩展开来，越往下游，流动通路的断面积越大，流速则越小，压强上升.从低压向高压的流动与自然的流动方式是相反的，因此也就是不安定的流动。
一般来说，从高压向低压的流动是自然的，因此，在扩大的流动时，受某种诱发因素的影响，会很容易产生逆流。如图所示，急剧扩大的流动和阶梯状扩大的流动，都是因为使流动急剧扩大，所以在固体表面产生了逆流。在扩大的部分，产生的逆流在循环着，这就是流动的剥离。像这样，在流动扩大的地方，因为压强的上升易导致剥离的产生，所以设计时必须要注意。一旦产生了剥离，阻力则急剧增加，能量的损失也就加大。因此为了减小阻力，原则就是要避免流动的急剧的扩大。 二流线型的形状 根据以上所述，让我们来考虑一下流线形应该是什么样子才对。 在流线形的前半部分，流路面积减小，呈缩小的流动。因为不易产生剥离，所以物体的宽度变化稍微急剧一些也不要紧。但是，如果前端过于尖锐，当前端相对于流动的方向改变时，前端的流体无法急剧弯转，则会产生剥离。为了防止这种情况的产生，前端通常为圆形。 在流线形的后半部分，因为流路面积扩大，呈扩大的流动，为了避免急剧的扩大和折角等引起剥离的因素，通常流路的断面积都是渐开的，也就是物体的宽度渐渐地变小，最后变得尖锐。 三流线型的应用 1减小阻力 从汽车外形的演变，我们可以看出流体力学对汽车的影响。随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。 2 增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后
生活当中的流体力学
流体力学作业 ————生活中的流体力学成员：盛文华学号：074090324
生活中的流体力学 也许，到现在你都有点不会相信，其实我们生活在一个流体的世界里。观察生活时我们总可以发现。生活离不开流体，尤其是在社会高速发展的今天。鹰击长空，鱼翔浅底；汽车飞奔，乒乓极旋，许许多多的现象都与流体力学有关。生活中的很多事物都在经意或不经意中巧妙地掌握和运用了流体力学的原理，让其行动变得更灵活快捷。 不知道大家有没有发现，高尔夫球的表面做成有凹点的粗糙表面，而不是平滑光趟的表面，就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小，使流动变为紊流，以减小阻力的实际应用例子。最初，高尔夫球表面是做成光滑的，如图1—1，后来发现表面破损的旧球 图1-1光滑面图1-2粗糙面 反而打的更远。原来是临界Re数不同的结果。高尔夫球的直径为41.1毫米，光滑球的临界RE数为3.85×E5，相当的自由来流空气的临界速度为135米/秒，实际上由于制造得不可能十分完善，速度要稍微低一些。一般高尔夫球的速度达不到这么大，因此，空气绕流球的情况属于小于临界Re数的情况，阻力系数Cd 较大。将球的表面做成粗糙面，促使流动提早转变为紊流，临界RE数降低到E5, 相当的临界速度为35米/秒，一般高尔夫球的速度要大于这个速度。因此，流动属于大于临界Re数的情况，阻力系数Cd较小，球打得更远。 同样在游泳的时候，也受到流体的作用。游泳是在水中进行的周期性运动。人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。身体保持流线型（吸足气），使重心与水的浮心接近一条直线，就能漂浮较长时间；如果先吸足气，双臂却紧贴体侧，胸腔虽充足气，但下肢相对上身比重较大，下肢很快就会下沉。因此，游泳不但要充分利用水的浮力，如图2-1所示。而且要尽量减少失去浮力的时间，如头不要抬得太高，身体不能起伏转动太大，空中移臂时间宜短等。 游泳者游进时受到相反方向的阻力作用。游泳得阻力包括水的摩擦阻力、波浪阻力和物体得形状阻力。设流线型物体的阻力为1，那么其他形状物体的阻力就大几倍至100倍。推进力是指做臂划水或腿打水（蹬夹水）动作时给水一个作用力，水就给人体一个力量大小相等的反作用力，这个力就叫推进力。游泳就是