生活中的流体力学知识研究报告

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流体力学在生活中的应用和原理

流体力学在生活中的应用和原理

流体力学在生活中的应用和原理1. 简介流体力学是研究流体运动的力学学科,它涉及了各个方面的科学与工程领域,从大自然的河流和海洋到我们生活中的水龙头和空气流动等等都与流体力学相关。

本文将重点介绍流体力学在生活中的应用和原理。

2. 流体力学的基本原理流体力学主要研究流体的运动和受力情况,其基本原理包括以下几个方面:(1) 亨利定律亨利定律是流体力学的基本定律之一,它描述了埋在液体中的物体所受的浮力等于它排开的液体的重力。

这个原理可以解释我们在水中浮起来的原因。

(2) 科氏定律科氏定律是描述在液体中流动的物体所受到的科氏力的定律。

科氏力与流体的速度和密度相关,它可以帮助我们理解物体在水中运动时所受的阻力和压力。

(3) 费曼定律费曼定律是描述在液体流动中的能量守恒定律,它指出在流体中的任何一点,流体的总能量保持恒定。

这个原理可以帮助我们解释流体在管道中的压力变化和能量转换。

3. 流体力学在生活中的应用流体力学在我们日常生活中有很多实际应用,以下是一些典型的例子:(1) 水力学水力学是研究液体在静止和流动状态下的运动规律的学科。

它在水力工程中有广泛的应用,例如水坝的设计、水流的控制和下水道的建设等。

水力学还被应用于生活中的给水系统、下水道和排水系统的设计与管理,确保城市的供水和排水系统正常运行。

(2) 空气动力学空气动力学是研究空气运动规律的学科,它在航空工程和汽车设计等领域有重要应用。

通过空气动力学的研究,可以改善飞机和汽车的气动性能,减小飞机和汽车的阻力,提高其运行效率。

(3) 管道流动在石油工业和化工工程中,流体力学被广泛应用于管道流动问题的研究和设计。

通过流体力学的分析,可以确定管道的直径和长度,优化管道网络的结构,提高物质输送的效率和安全性。

(4) 气象学气象学是研究大气中各种现象和气候系统的科学,流体力学是研究大气流动的重要基础。

通过流体力学的原理,可以解释大气中的气旋、风向和气压等现象,为气象预报和气候变化研究提供了基础。

生活中的流体力学现象解析与实践

生活中的流体力学现象解析与实践

生活中的流体力学现象解析与实践引言流体力学是研究流体运动及其相互作用的一门学科,广泛应用于工程、物理、化学等领域。

在我们的日常生活中,涉及到了许多与流体力学相关的现象和实践。

本文将通过对这些现象的解析,探讨流体力学在生活中的应用。

水龙头的喷射现象水龙头是我们日常生活中常见的用水设施,它的喷射现象涉及到了流体力学的许多理论。

当我们打开水龙头,水从喷头中喷出,形成一个水柱。

那么,水柱的高度和弯曲程度是如何被控制的呢?首先,我们要了解水柱的喷射原理。

水从龙头中喷出时,其实是受到了一定的压力作用。

根据流体力学的公式,我们知道,流体的压力和流速有关。

水柱的高度取决于水的出口速度,流速越大,水柱就越高。

而水柱的弯曲程度则受到了重力的影响,重力使得水柱向下弯曲,形成弧线。

在实践中,我们可以通过调节水龙头的开关来控制水流的强弱,从而控制水柱的高度。

另外,我们还可以通过改变水龙头的出口形状来改变水柱的弯曲程度。

例如,如果出口是一个细长的喷嘴,水柱会相对直立;如果出口是一个扇形的喷嘴,水柱则会弯曲得更明显。

水中的漩涡现象当我们在水池中放一块物体,例如小纸片,观察它在水中的运动,我们会发现,物体周围会形成一个旋涡。

这就是水中的漩涡现象,也是流体力学的研究对象之一。

漩涡是由水流的旋转而形成的,它的产生涉及到流体力学中的一些基本原理。

首先,物体进入水中会改变水流的速度和方向,这会导致水流受到扰动。

随着扰动的传播,原本平稳的水流会形成旋转。

另外,漩涡的大小和形状也与水的粘性有关,粘性越大,漩涡形成的速度越快。

在实践中,我们可以通过观察水中的漩涡现象来研究水流的性质。

例如,我们可以放置不同形状的物体在水中,观察漩涡的大小和形状变化,从而了解物体对水流的影响。

水中的波浪现象水中的波浪现象也是流体力学的研究领域之一。

当我们在水中扔一颗石子,水面上会产生波纹,这就是波浪现象。

波浪的形成需要满足一定的条件,包括水的密度、表面张力等。

浅谈生活中的流体力学

浅谈生活中的流体力学

浅谈生活中的流体力学(1)戴着眼镜,从温度较冷的室外到温暖的室内,眼镜商会蒙上白雾,是气体的液化现象。

(2)水烧开了,壶盖会被顶起来,是气体对壶盖做功。

(3)趴在快速高速行驶的车上,在拐弯的时候,可以感觉向外打翻,这就是Vergt现象。

(4)长期堆煤的墙角会发黑,这是固体分子的扩散现象。

(5)钻木可以生火,这就是作功发生改变内能。

(6)靠在暖气旁边会感到暖和,这是热传递。

(7)指甲剪、剪刀、镊子的工作原理,就是杠杆。

(8)坐海盗船,有失重现象。

(9)白炽灯永久了灯泡壁上可以存有一层黑色,就是钨丝的升华。

(10)在日常生活中,人们常常会碰到这种现象:晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼啪的声响,而且伴有蓝光,见面握手时,手指刚一接触到对方,会突然感到指尖针刺般刺痛;早上起来梳头时,头发会经常“飘”起来,越理越乱,拉门把手、开水龙头时都会“触电”,时常发出“啪、啪”的声响,这就是发生在人体的静电。

(11)盐水在零下20-50度才可以接冰,盐越多温度越高食醋零下20度左右就结冰了(12)汤的密度必须大于水,不是油的原因,(13)水中加入少量的稀盐酸或氢氧化钠溶液,这样可以使水的导电性更好(14)少量白醋中重新加入几滴食用油,容器后静置片刻、可以发生絮状物;如果再碱液少量洗洁精,挥的话可以发生泡沫。

不挥的话,可以沉在醋面上(15)拿个玻璃瓶,玻璃瓶口上放上一元硬币,有手捂住玻璃瓶身并不断摩擦发热,你会看到硬币会跳舞的。

1、摆在壁墙上的石英钟,当电池的电能用尽而暂停站立时,其秒针往往停在在刻度盘上“9”的边线。

这就是由于秒针在“9”边线处受轻力矩的制约促进作用最小。

2、有时自来水管在邻近的水龙头放水时,偶尔发生阵阵的响声。

这是由于水从水龙头冲出时引起水管共振的缘故.3、对着电视画面偷拍,应当停用照相机闪光灯和室内照明灯,这样映出的照片画面更准确。

因为闪光灯和照明灯在电视屏上的反射光可以阻碍电视画面的反射光.4、走样的镜子,人距镜越远越走样.因为镜里的像是由镜后镀银面的反射形成的,镀银面不平或玻璃厚薄不均匀都会产生走样。

生活中的流体力学

生活中的流体力学

生活中的流体力学简介1倒啤酒时通常做什么?为什么洗衣机总是把口袋翻过来?高尔夫球为什么有麻子呢?本文将讨论流体力学的一些简单原理,例如伯努利定律,雷诺数,边界层分离等,以展示流体力学的广泛应用并证明流体力学充满乐趣。

剩下的不多了。

倒啤酒时,泡沫来自瓶子。

啤酒倒入杯子。

热的人将瓶子抬高,并使啤酒柱冲到杯子的底部。

它总是充满一杯泡沫。

气泡消失后,杯中几乎没有啤酒。

是什么原因导致那么多气泡?洗衣机总是把口袋翻过来。

通常使用洗衣机洗衣服的人有一种体验,即当洗衣机洗完衣服时,衣服的口袋经常被翻过来。

如果口袋里有钢币,钥匙或其他东西,它们也会被取出。

怎么了?为了解释这两种现象,我们必须从流体力学的基本原理开始,即伯努利定律。

规律如下:·对于恒定流场,流线上流体粒子的速度与此时的压力呈负相关。

一般来说,速度越大,压力越小。

具体而言,沿着流线,使流体粒子的速度为V,密度为ρ,此时的压力为p。

它们之间的关系如下:一,倒啤酒时出现泡沫现象:啤酒水柱冲到杯子底部,造成流量不均。

伯努利定律知道,每个点上的压力都不同,并且较大部分的分压变小,从而导致二氧化碳的溶解度降低。

就是说,如果您希望啤酒不冒泡地装满玻璃杯,则应尝试降低倒入过程中啤酒杯中液体的相对速度,并使装填过程尽可能准静态。

熟练的服务员尽可能将杯子倾斜,使啤酒沿墙壁缓慢流到杯子的底部,然后将杯子角度缓慢调整至直立位置,这样就可以在不产生太多啤酒的情况下装满啤酒泡沫。

一方面,这种方法减少了啤酒从瓶口到接触杯的滴落,从而降低了进入杯中的啤酒的动能。

另一方面,通过倾斜杯子可以将啤酒柱对杯子的正向冲击转化为倾斜冲击,从而减少了啤酒接触的瞬时动量变化。

另外,在倾斜滑动的过程中,啤酒滑动到玻璃底部的距离增加了。

在此过程中,玻璃壁附近的边界粘性层会导致对啤酒的抵抗,这也可能降低啤酒到达玻璃底部的速度。

因此,它基本上尽可能地满足准静态要求。

人们幽默地总结了将啤酒倒入三个谐音的技巧:“弯曲的门倾斜(邪恶的方式),杯壁(卑鄙的)淫秽,改变倾斜的(邪恶的)回归正常状态。

生活中的流体力学

生活中的流体力学

生活中的流体力学:—、定义自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。

它不消耗机械动力,同时,在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量,是一种经济的通风方式。

自然通风在一般的居住建筑、普通办公楼、工业厂房(尤其是高温车间)中有广泛的应用,能经济有效地满足里面人员的室内空气品质要求和生产工艺的一般要求。

二、自然通风的作用原理虽然自然通风在大部分情况下是一种经济有效的通风方式,但是,它同时又是一种难以进行有效控制的通风方式。

我们只有在对自然通风作用原理了解的基础上,才能采取一定的技术措施,使自然通风基本上按预想的模式运行。

同样,在计算方面,也需要在一系列的简化条件下进行的:1 •空气在流动过程中是稳定的,即假定所有可以引起自然通风的因素不随时间变化。

2在同一水平面上各点的静压力均相等,静压沿高度方向的变化符合流体静力学的规律。

3•经开孔流入的射流,或室内热源所造成的射流,在到达排风窗孔前已经完全消散。

4.用封闭模型得出的空气动力系数适用于又能空气流动的孔口。

……如果建筑物外墙上的窗孔两侧存在压差Ap ,空气就会流过该窗孔,空气流过窗孔时的阻力就等于“。

其中:“——窗孔两侧的压力差(Pa) ; v——空气流过窗孔时的流速(m/s) ; p通过窗孔空气的密度(kg/m3 ); <——窗孔的局部阻力系数•通过窗孔的空气量按下式计算:其中: qm——通过窗孔的空气量(kg/s ) ; qv——通过窗孔的空气流量(m3/s ) ; F --- 窗孔的面积(m2 ) •从上式可以看出,如果窗口两侧的压差Ap和窗孔的面积F已知,就可以求得通过该孔的空气量qm o 要实现自然通风,窗孔两侧必须有压差Ap。

三、热压作用下的自然通风——单层建筑由流体静力学基本原理知,大气压力与距离地面的高程有关:离地面越高,压力就越小,由高程引起的上下压力差值等于:高差x空气密度x重力加速度。

流体力学实验研究报告

流体力学实验研究报告

流体力学实验研究报告一、引言流体力学是研究流体运动规律的科学。

随着科学技术的不断发展,流体力学已经成为了众多工程学科中不可或缺的基础学科之一。

而开展流体力学实验研究,则是深入了解流体运动规律,探索流体力学领域新知识的重要手段。

本篇报告将介绍我们进行的一项流体力学实验研究,旨在探究流体的力学特性以及流体的运动规律。

二、实验目的本次实验的主要目的是通过实验手段来研究流体的力学特性,了解流体的运动规律,并通过实验数据验证流体力学理论。

三、实验装置和方法本次实验主要采用的装置为一台流体力学实验设备,其中包括流体介质、流体容器、测量仪器等。

实验过程中,我们首先准备好实验装置,确保设备的正常运行。

然后,将流体介质注入流体容器中,并通过控制阀门来调节流体的流量和速度。

同时,我们利用测量仪器对流体的不同参数进行测量,如流速、压力、温度等。

最后,根据测量数据进行数据分析和处理,得出实验结果。

四、实验结果与分析在实验过程中,我们对不同流速下的流体力学特性进行了测量和分析。

通过对测得的实验数据的处理,我们得出以下实验结果:1. 流体速度与压力的关系:我们测得在一定流速范围内,流体速度与压力呈现正相关的关系。

随着流速的增加,体积流速也随之增加,因此压力也随之增加。

2. 流体速度与流量的关系:实验结果表明,在流体速率恒定的情况下,流量与流速呈线性相关。

随着流速的增加,流量也相应增加。

3. 流体速度与摩擦力的关系:通过测量流体运动的摩擦力,我们发现流速与摩擦力呈正相关。

随着流速的增加,摩擦力也随之增大。

基于以上实验结果,我们得出以下结论:1. 流体的速度与压力、流量、摩擦力等参数之间存在着一定的关系,通过合理调节流体速度,可以实现对流体特性的控制。

2. 在一定范围内,流体速度与压力、流量、摩擦力等参数之间存在正相关的关系。

这一结论符合流体力学的基本理论。

五、实验总结与展望通过本次流体力学实验研究,我们对流体的力学特性有了更深入的认识。

流体力学在生活中的应用

流体力学在生活中的应用
流体力学在生活中起着至关重要的作用,为我们的生活提供了便利。

1、风机:风机可利用流体力学原理,使用动力带动叶轮旋转,从而把外界的大气中的热能转换成机械能,从而实现各种功能,如:阻塞空气的大功率风扇,冷却器,风力发电机等。

2、涡轮机:涡轮机也是利用流体力学原理,使气体或蒸汽通过涡轮到叶轮中,由于旋转叶轮和气体或蒸汽的阻力,叶轮转动时会带动涡轮机的轴转动,从而实现机械能的转换。

3、船体:船体在水中的行驶感受到的抗力,都是流体力学的结果。

一般情况下,船体一侧与水面表面的摩擦力和船体所受水流的阻力是二者中最主要的抗力,可以通过流体力学来研究。

4、水利工程:水利工程中涉及到非常多的流体力学,比如:水泵利用流体力学原理,把低能状态的水转换成它所需要的能量;水桨也利用流体力学原理,把水流中的能量转换成船体所需要的能源,来推进船体的行驶。

生活中的流体力学

生活中的流体力学
生活中处处都充满了流体力学的影响,从我们每天使用的水龙头到汽车的行驶,都离不开流体力学的原理。

流体力学是研究流体在运动和静止状态下的力学性质和规律的学科,它的应用范围非常广泛,不仅在工程领域有着重要的应用,也贯穿于我们日常生活的方方面面。

首先,我们可以从日常生活中的水流动来看流体力学的应用。

当我们打开水龙头,水就会从高处流向低处,这就是由于重力作用下的水流动。

此外,我们还可以通过改变水龙头的开合程度来控制水流的大小和速度,这就涉及到了流体的流速和流量的概念。

流体力学的原理也应用在了水泵的设计和水管的布局中,以确保水能够顺利地流动到我们所需要的地方。

其次,汽车的行驶也离不开流体力学的影响。

汽车在行驶过程中,空气对车辆
的阻力会影响车辆的速度和燃油消耗。

因此,设计者需要考虑车辆的外形和空气动力学原理,以减小空气的阻力,提高汽车的燃油效率。

此外,汽车的润滑油和冷却液的流动也需要流体力学的原理来进行设计和优化,以确保发动机的正常运转和散热效果。

最后,生活中的风扇和空调也是流体力学的应用。

风扇通过扇叶的旋转产生气流,将空气从高压区域送往低压区域,使人们感到凉爽。

而空调则通过循环流动的制冷剂来调节室内的温度,使人们在炎热的夏天也能感到清凉舒适。

总之,流体力学贯穿于我们生活的方方面面,无处不在。

它的原理和应用不仅
让我们的生活更加便利和舒适,也为工程技术的发展提供了重要的理论基础。

我们应该更加关注流体力学的相关知识,以更好地理解和应用它在日常生活中的重要作用。

流体力学在生活中的原理

流体力学在生活中的原理
流体力学研究流体运动规律,它的基本原理在许多日常生活场景中都有体现:
1.空气动力学
空气是一种流体,飞机机翼产生升力与下压力,雨伞产生上升气流,都是空气动力学原理的应用。

2.水流运动
排水管道的设计考虑流体黏滞性;水库大坝的设计针对水流冲击压力与涡流。

这些都运用了流体静力学。

3.空调与风扇
空调、电扇通过叶片旋转产生气流circulate,这是利用了流体运动原理。

调节出风口形状也会影响空气流动模式。

4.水龙头流量
水龙头的流量取决于水压与开口大小。

我们通过拧松或拧紧水龙头可以控制流出的水流量。

这demonstration 了连续流体流动规律。

5.运动速度
运动员游泳时手掌的形状、抬举时机都根据水的流体特性设计,以获得更强推力。

6.鱼雷设计
鱼雷的流线型头部设计是应用流体动力学原理,减少水流阻力、增强速度。

7.油漆喷涂
调整喷涂的气压和角度可以控制油漆颗粒在空气中运动的状态,实现精细均匀的喷涂效果。

我们生活中的许多简单现象,都与流体运动规律密切相关,流体力学为人类生活带来许多便利。

生活中的流体力学

生活中的流体力学
流体力学在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。

通过湍流的理论和实验研究,了解其结构并建立计算模式;多相流动;流体和结构物的相互作用;边界层流动和分离;生物地学和环境流体流动等问题;有关各种实验设备和仪器等。

具体运用事例如下:
1、在供热通风和燃气工程中:热的供应,空气的调节,燃气的输配,排毒排湿,除尘降温等等,都是以流体作为介质,通过流体的各种物理作用,对流体的流动有效的加以组织实现的。

2、在建筑工程和土建工程中:如基坑排水、路基排水、地下水渗透、地基坑渗稳定处理、围堰修建、海洋平台在水中的浮性和抵抗外界扰动的稳定性等。

3、在市政工程中:如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、泵站和水塔的设计、隧洞通风等,特别是给水排水工程中,无论取水、水处理、输配水都是在水流动过程中实现的。

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工程流体力学三级项目报告multinuclear program design Experiment Report项目名称:班级:姓名:指导教师:日期:摘要简要介绍了流体力学在生活中的应用,涉及到体育,工业,生活小窍门等。

讨论了一些流体力学原理。

许许多多的现象都与流体力学有关。

为什么洗衣机老翻衣兜?倒啤酒要注意什么诀窍?高尔夫球为什么是麻脸的?本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理,如伯努力定律,雷诺数,边界层分离等,展现流体力学的广泛应用,证明流体力学妙趣横生。

关键字:伯努利定律;层流;湍流;空气阻力;雷诺数;高尔夫球前言也许,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。

为什么洗衣机老翻衣兜?倒啤酒要注意什么诀窍?高尔夫球为什么是麻脸的?本文将就以上三个问题讨论流体力学中一些简单的原理,如伯努力定律,雷诺数,边界层分离等,展现流体力学的广泛应用,证明流体力学妙趣横生。

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。

一、麻脸的高尔夫球(用雷诺数定量解释)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 1-2粗糙面反而打的更远。

原来是临界Re数不同的结果。

光滑的球由于这种边界层分离得早,形成的前后压差阻力就很大,所以高尔夫球在由皮革改用塑胶后飞行距离便大大缩短了,因此人们不得不把高尔夫球做成麻脸的,即表面布满了圆形的小坑。

麻脸的高尔夫球有小坑,飞行时小坑附近产生了一些小漩涡,由于这些小漩涡的吸力,高尔夫球附近的流体分子被漩涡吸引,边界层的分离点就推后许多,这时在高尔夫球后面所形成的大漩涡区便比光滑的球所形成漩涡区小很多,从而使得前后压差所形成的阻力大为减小。

实际上,对光滑的高尔夫球,一杆子最多飞行数十米,而麻脸的高尔夫球一杆子可以飞行二百多米。

可见高尔夫球麻脸的减阻效应是非常明显的。

用雷诺数定量解释上文中从微观涡旋角度定性解释了高尔夫球麻脸原因,下面将从具体雷诺数定量解释:图所示的就是粗糙与光滑表面的球的阻力系数Cd随Re 变化规律的实验结果。

由图可知光滑球和粗糙球的阻力系数Cd随Re 变化有一个突降点。

这种现象可解释如下:以光滑球为例,突降点在Re=3x10E5即a点附近,当Re<3x10E5 时,边界层为层流状态,当Re>3x10E5时,脱体点附近已是湍流边界层,由于层内和层外流体通过脉动发生强烈的动量交换,所以动量较大的边界层外部流体将有力的帮助层内流体克服逆压和粘性滞带作用而向前运动,这样推迟了脱体现象的发生,从而缩小尾涡区,使压差阻力大大减小。

一般高尔夫球运动员,击球速度可达 v。

=61.0 m/s (球的质量=0.046 kg,直径d=0.042 6 m(将此速度和标准压力下20空气的黏度μ=1.810×N/S*m 、密度ρ=1.205 kg/m 代入可算得雷诺数Re=1.73×10E5(由此查图l 可知,粗糙球阻力系数Cd=0.26,光滑球阻力系数Cd=0.48(分别对应图的c点和d点)(结果说明,在球的大小、初速度和质量均相同的条件下,粗糙球所受阻力近似是光滑球的一半,所以麻脸高尔夫球比光滑的飞的更远些。

二、游泳(水流体压力平衡)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。

图2-1 图3-1 箱型车三、汽车领域(伯努利定律)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。

其车型如3-1.20世纪30年代起,人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状,出现甲壳虫型,如图3-2,阻力系数降至0.6。

20世纪50-60年代改进为船型,如图3-3,阻力系数为0.45。

80年代经过风洞实验系统研究后,又改进为鱼型,如图3-4,阻力系数为0.3,以后进一步改进为楔型,如图3-5,阻力系数为0.2。

90年代后,科研人员研制开发的未来型汽车,如图3-6,阻力系数仅为0.137。

可以说汽车的发展历程就是代表了流体力学不断完善的过程。

图3-2 甲壳虫型图3-3 船型以卡车为例,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3-4 鱼型图3-5 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%。

车身前端面和锥形分流器图3-6 未来车型及驾驶室与车身之间的隔板,这种装置部分或全部地挡住驾驶室与货厢只见的空隙,以消除侧风的影响,前者使气动阻力降低5%~10%用得相当广;后者使气动阻力降低10%~15%但用得相当少。

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。

四、生活中的牛顿流体对于牛顿流体,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4-1,两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。

图4-1 牛顿流动定律斯托克斯1845年在牛顿这一实验定律的基础上,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。

因为对血液而言,剪应力与剪切应变率之间己不再是线性关系,己无法只给出一个斜率(即黏度)来说明血液的力学特性,只好作血流变学测试,给出二者间的非线性关系。

形形色色的非牛顿流体,早在人类出现之前,非牛顿流体就己存在,因为绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。

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。

五、倒啤酒的诀窍从瓶子里往杯中倒啤酒,急性子的人,把瓶子拿得很高,有点象倒大碗茶似地,让啤酒水柱冲向杯底,结果总是倒满一杯泡沫,泡沫流淌得一桌子,待泡沫消失后,杯子里的啤酒却所剩无几。

熟练的服务员则将杯子尽可能倾斜,将瓶口紧靠杯沿,让啤酒缓慢地沿杯壁流向杯底,随着杯子里啤酒增多,再徐徐将杯子倾角调正到竖直的位置,这样可以倒满一杯啤酒而不产生多少泡沫。

人们不无诙谐地把这种倒啤酒的窍门总结为三个含谐音的成语:“歪门斜倒(邪道),杯壁(卑鄙)下流,改斜(邪)归正。

我们把前面说的两种倒啤酒的方法称为直冲式与斜溜式。

为什么斜溜式产生的泡沫少,而直冲式的倒法产生的泡沫多呢?静止在杯中的啤酒,压强各处基本上是均匀的,上层压强略小于杯底,所以也是表面冒泡稍多。

但是如果杯里的啤酒产生了不均匀流动,则各点上的压强是不同的,从流体力学伯努利定律知道,沿一根流线,速度大的局部压强小。

这些速度大的地方便会产生大量的二氧化碳气泡。

为了说明这一事实,取一杯静止的新鲜啤酒,我们看到它基本上不冒气泡。

如果用一根筷子一搅,就会发现在筷子运动的尾部会冒出大量气泡,正是那里压强较低的缘故。

如果把筷子在杯里作圆形搅动,使杯中啤酒旋转起来,拿出筷子,啤酒在杯中形成旋涡,理论分析知道旋涡中心压强小,所以那里还有一串气泡,像在陆地上看到的龙卷风一样,非常有趣。

这就是说,如果你想让啤酒不冒泡地倒满杯子,你就应当在倒的过程中,尽量减小啤酒杯中液体的相对速度,尽可能使注满杯子的过程变为准静态。

前面说的直冲式之所以不适用,就是因为这种方式使啤酒柱有较大的动量,从而杯中的啤酒速度差加大,而且形成大量的小旋涡。

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