为什么流线型设计可以减小阻力?

作者&投稿:众燕 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
为什么流线型设计可以减小阻力~

为什么流线型设计可以减小阻力
汽车向前开动后一瞬间,车尾部分产生真空,大气压强约等于0
也就是说阻力,实际上是车辆前后的气压差
而如果设计成流线型,空气能很快填充这一真空带,使得汽车前后大气压强差减小

汽车向前开动后一瞬间,车尾部分产生真空,大气压强约等于0
也就是说阻力,实际上是车辆前后的气压差
而如果设计成流线型,空气能很快填充这一真空带,使得汽车前后大气压强差减小

流线型在流体力学中一般和钝体相对。流线型一般能够使得物体表面流体顺利地流过,因此流速较高,从而压力较低。而钝体则相反,物体表面流场速度要低一些,因此其压力就高。(以上讲的都是物体的前部,这时流场比较稳定。)静水压力是无方向的,不过动压就有方向了,方向就是垂直于接触面。对这个动压力在物体表面做一个积分,然后将这个积分获得的合力做沿运动方向的投影,就得到了阻力。由于钝体表面压力较大,且其表面法向一般与运动方向成较小夹角,因此也具有较大的余弦值,从而钝体所受阻力更大;既流线型能够减小阻力。以上都是基于伯努利公式所得到的结论。但是伯努利公式是有适用范围的,这是必须注意的。但是它可以给一个比较直观的定性理解。从另外一个角度,流场在物体表面都会形成边界层。而边界层的厚度与流动的粘性阻力是正相关的。如果边界层内扰动太大,就成了湍流(turbulence),损耗更多的能量。流线型意味着与流场的流动贴合的比较好,因此边界层是限定在一定范围之内的,因此粘性阻力的能耗较小。而钝体由于破坏流场的流动,而流体需要贴着其表面进行流动,能量就会损耗的多。能量的损耗,可以表现为动量的积分,动量与力的关系就差一个速度项。因此从这个角度也能够说明流线型的能耗小,可减小阻力(相对于一般形状)。但是并不是说流线型就是最好的,这个可能可以参看“为什么高尔夫球的表面会有坑”这类问题。主要就是边界层的分离(separation)。分离后出现涡,也是能耗因素之一。这些都是目前流体力学研究的问题。



流体绕流时的脱流现象。以流体流过圆柱为例。理论分析发现,流体流过圆柱时,流线会在圆柱的最前的那个点出现分支,流体也分为两股,从圆柱两侧流过,在圆柱最后的那个点重新回合(流线一般不允许出现分支,交叉现象,这里情况稍微有点特殊,但并不违反流线性质)。通过伯努利方程计算,会发现圆柱周围的压力场是关于圆柱中心对称的,即不会产生阻力。以上是理论分析,实际情况比较复杂,流体在流动到圆柱的后半段圆弧的某个位置,流线不再贴着圆柱表面,而会发生脱离。流动的对称性被破坏。流场的对称性是压力场对称的基础,压力场也由此不再对称,表现出来就是对圆柱产生压力。由于在圆柱的后部产生脱流,故原本由流过该处的流体提供的压力不再存在。故前部压力大于后部压力,对圆柱的合力向后,这就是另一部分的阻力来源。



流体的粘性,指流体在内部存在相对运动时,会对流动产生阻碍作用的物理性质,表征流体流动的难易程度,与流体的种类、温度有关。首先,在流体与绕流物体的接触面,即流场的边界处,流体速度为零,并在趋向流场中部的方向上流速逐渐增加到主流速(这里说法并不准确,学艺不精,见谅),数学描述较复杂。实际上,要完整描述流场,需要借助N-S方程组。但是由于该方程组太复杂,为了简化问题,提出边界层的概念。边界层认为,流场的流速变化主要集中在靠近与固体的接触面附近,这一段薄层即为边界层。在边界层中,流速变化剧烈,速度梯度大,在边界层外,近似认为流速已为主流速,不会再随距边界的位置发生变化。边界层中会有较大的速度变化,即靠近边界的一层流体和稍微远一点的那层流体速度是不一样的。速度不同,就会产生相对运动,由于流体的粘性,就会产生阻力。理论计算基于理想流体,忽略粘性,这是理论计算与实际差距的部分原因。




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什么是流线型
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列车什么的流线型程度对交会压力影响最为显著
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什么样的门店布局设计是最好的?
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平顺县17755575727: 为什么流线型可使物体所受的阻力较小 -
马秦康迪:[答案] 流线型是物体的一种外部形状,通常表现为平滑而规则的表面、没有大的起伏和尖锐的棱角.流体在流线型物体表面主要表现为层流,没有或很少有湍流,这保证了物体受到较小的阻力.流线型物体通常较为美观,经常出现在产品外观设计中.

平顺县17755575727: 为什么流线型设计可以减小阻力 -
马秦康迪: 为什么流线型设计可以减小阻力 汽车向前开动后一瞬间,车尾部分产生真空,大气压强约等于0 也就是说阻力,实际上是车辆前后的气压差 而如果设计成流线型,空气能很快填充这一真空带,使得汽车前后大气压强差减小

平顺县17755575727: 为什么流线型的体型能减少空气的阻力 -
马秦康迪:[答案] 这是基本的空气动力学~ 物体的表面越平滑空气流过的状态就越稳定~越快,反之表面越粗造甚至形状各异,空气就越混乱,阻力也就越大~ 其实可以用水里的鱼做比喻,鱼就是流线型的物体,水就是空气,鱼为了在水里迅速便捷的移动就要有个光滑...

平顺县17755575727: 流线型为什么会减少空气阻力 -
马秦康迪: 首先要搞清楚流线型减少的是压差阻力,而不是摩擦阻力或诱导阻力;原因是流线型可以让空气更好地流到尾部,减少气流分离,减小真空区;因此就减小了压差阻力

平顺县17755575727: 为什么流线型可使物体所受的阻力较小 -
马秦康迪: 流线型是前圆后尖,表面光滑,略象水滴的形状.具有这种形状的物体在流体中运动时所受到的阻力最小,所以汽车、火车、飞机机身、潜水艇等外形常做成流线型. 是物体的一种外部形状,通常表现为平滑而规则的表面,没有大的起伏和尖锐的棱角.流体在流线型物体表面主要表现为层流,有或很多有湍流,这保证了物体受到较小的阻力.流线型物体通常较为美观,经常出现在产品的外观设计中 ,在轮船方没有的速度提升. 流线型是指头圆尾尖的形状,就是通常所说的水滴形,但现实中雨滴并不是标准的流线型,而是有点椭圆的.流线型在流体中能受到最小的阻力,所以连飞机翼的横截面也做成类流线型(半截流线型),既不能产生升力,也增大了空气阻力. 流线型就是流线型

平顺县17755575727: 为什么流线形在水中阻力最小 -
马秦康迪:[答案] 流体在流线型物体表面主要表现为层流,没有或很少有湍流,这保证了物体受到较小的阻力. 流线型是对一类形状的统称,并不是一种固定的形状,这类形状分别是为了一些特殊需求设计的,比如在保持一定体积的情况下尽量降低水中运动阻力. 因为...

平顺县17755575727: 汽车设计成流线型为什么可以减小阻力 -
马秦康迪: 汽车向前开动后一瞬间,车尾部分产生真空,大气压强约等于0 也就是说阻力,实际上是车辆前后的气压差 而如果设计成流线型,空气能很快填充这一真空带,使得汽车前后大气压强差减小

平顺县17755575727: 流线形为什么受到的阻力小 -
马秦康迪: 首先,所有的液体和气体都是由可滑动的粒子组成的.当液体或气体通过一个表面时,最靠近表面的粒子层会附着在表面上.而这一层之上的粒子运动会因为物体表面相对静止不动的粒子层而减慢.同样,这一层以上的粒子的运动也会受到影响...

平顺县17755575727: 汽车流线型为什么能降低摩擦力?这样推力不就减小了啊? -
马秦康迪:[答案]轿车做成流线型的目的是什么?这样的形状使汽车快速行驶时与地面的摩擦力增大还是减小?与飞机机翼产生举力的目的一样吗?跑车“尾翼”的作用是什么呢? 有一位老师在讲到“流体压强与流速的关系”这一内容时曾把轿车的流线型作为实例...

平顺县17755575727: 为什么流线型的物体能减小风阻 -
马秦康迪: 流线型是物体的一种外部形状,通常表现为平滑而规则的表面,没有大的起伏和尖锐的棱角.流体在流线型物体表面主要表现为层流,没有或很多有湍流,这保证了物体受到较小的阻力.流线型可以理解为周围的空气绕着物体运动.

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