流體力學(xué)和今天的科學(xué)技術(shù)

1、流體力學(xué)和今天的科學(xué)技術(shù)摘要流體力學(xué)是一門與我們生活息息相關(guān)的科學(xué)。古今中外，都有不少科學(xué)家對它進(jìn)行了探索。在中國古代，探索主要以流體力學(xué)相關(guān)的工程為主。秦代就有了三大名渠都江堰、鄭國渠、靈渠，還有西漢的龍首渠。這些大渠設(shè)計(jì)獨(dú)特精巧，不僅溝通了河道，而且對當(dāng)時的軍事、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展都起到了促進(jìn)作用。東漢杜詩發(fā)明的水排，創(chuàng)造性地利用水力推動皮箱鼓風(fēng)冶鐵，大大發(fā)展了當(dāng)時的生產(chǎn)力，同樣原理的機(jī)械比歐洲早了一千一百年。明朝的水利家潘濟(jì)順在所著兩河經(jīng)略中就提到了“筑堤防溢，建壩減水，以堤束水，以水攻沙”的治黃原則，給防洪提供了思路方法。相反與中國的實(shí)踐為主，歐美國家的科學(xué)家們更偏向于關(guān)于流體力學(xué)理論的探

2、索。最早進(jìn)行相關(guān)探索的事古希臘學(xué)者阿基米德，他在公元前250就發(fā)表了學(xué)術(shù)論文論浮體，發(fā)現(xiàn)了物體在流體中收到浮力的基本原理阿基米德原理。之后伽利略、托里切利、帕斯卡等人對物體沉浮、孔口出流、管渠水流方面做了一些研究。在群星璀璨的時期，牛頓在他出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中建立了流體內(nèi)摩擦定律，為粘性流體力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而后的歐拉、伯努利、拉格朗日等人的學(xué)術(shù)研究更是奠定了靜力學(xué)的基礎(chǔ)，為之后 的學(xué)者研究開辟了道路。亥姆霍茲、斯托克斯、瑞利等人進(jìn)一步完善了流體力學(xué)的阻力理論。之后的研究就偏向于應(yīng)用方面，他們把流體力學(xué)理論應(yīng)用于水泵、飛機(jī)、船只、火箭等的工程發(fā)展上。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森就是空氣動力學(xué)

3、專家，被譽(yù)為中國的“導(dǎo)彈之父”?，F(xiàn)代流體力學(xué)在許多地方都有其應(yīng)用價值。比如礦井工程、土木工程、航空航天、城市中的暖通工程、車輛和液壓工程。1 早期的流體力學(xué) 十八世紀(jì)的流體力學(xué)發(fā)展中有幾位對當(dāng)時自然科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)卓越的科學(xué)家，我們在課本中常常能看到他們的名字。接下來就介紹一下他們對流體力學(xué)及其他領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。1.1牛頓力學(xué)中的流體牛頓于1687年8月出版了轟動一時的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，第一次用科學(xué)系統(tǒng)的方法解釋了我們所生活的世界。其中闡述了牛頓力學(xué)中最重要的三大運(yùn)動定律。第一定律是物體在不受外力或所受外力相互平衡的情況下，運(yùn)動狀態(tài)保持不變。這條也被稱作慣性定律。第二定律是物體所受合外力和它的

4、加速度成正比。當(dāng)然這必須是在慣性系下才成立。第三定律是相互作用的兩個力大小相等方向相反且作用在同一直線上。根據(jù)這三條運(yùn)動定律，牛頓構(gòu)建了自己的力學(xué)系統(tǒng)，在宏觀低速且參考系為慣性系的條件下，適用范圍很廣。在書中，牛頓的另一大成就就是提出并定義了萬有引力，并且在數(shù)學(xué)學(xué)上推導(dǎo)出了其公式。兩物體之間的萬有引力與其質(zhì)量成正比，距離平方成反比。他把地上物體的力學(xué)和天體的力學(xué)統(tǒng)一到了一個經(jīng)典的力學(xué)體系之中，為靜力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。除了三大運(yùn)動定律和萬有引力定律，牛頓還在自然一書中給出了粘性流體和剪應(yīng)力的公式，即流體的粘性阻力和剪應(yīng)率成正比。他在書中說：“流體部分之間由于缺乏潤滑性而引起的阻力，如果其他都相

5、同，與流體部分之間分離速度成比例?！睆亩?，符合這一條件的流體我們就把他叫做牛頓流體。像水和空氣就都是這類流體。但是非牛頓流體就不符合這個條件。1.2伯努利家族的貢獻(xiàn)伯努利是一個神奇的家族，在這個大家庭中學(xué)術(shù)氛圍濃厚，代代相傳研究精神，連續(xù)出現(xiàn)過十幾位科學(xué)家。在那個家庭里父子兄弟之間會很平等的討論學(xué)術(shù)問題，有時也會為了一個問題爭得面紅耳赤。家族中成就最高的要數(shù)雅克比伯努利、約翰第一伯努利和丹尼爾第一伯努利。雅克比的貢獻(xiàn)主要在數(shù)學(xué)方面，他在概率論、微分方程、無窮級數(shù)、變分方法和解析幾何方面都有很大建樹。原來家族的意思是讓他在大學(xué)修讀神學(xué)，但是他發(fā)現(xiàn)自己興趣在數(shù)學(xué)后，幾乎無師自通數(shù)學(xué)。后來游歷列國結(jié)

6、實(shí)了許多有名望的科學(xué)家。我們接觸到的他的數(shù)學(xué)成就就有“伯努利大數(shù)定理”、曲率半徑公式等等。約翰第一是雅克比的弟弟，原來學(xué)的也不是數(shù)學(xué)而是醫(yī)學(xué)，和哥哥一樣，后來發(fā)現(xiàn)了自己對數(shù)學(xué)的興趣，就開始鉆研數(shù)學(xué)。他是一個多產(chǎn)的數(shù)學(xué)家，他的論文涉及領(lǐng)域廣泛，從微積分到等周問題、微分方程；從懸鏈線問題到、測地線問題到最速降線、弦振動問題，還提出了洛必達(dá)法則和指數(shù)運(yùn)算。他的成就大多我們都熟知。約翰另一大貢獻(xiàn)就是除了把自己的兒子也培養(yǎng)成數(shù)學(xué)家外，還培養(yǎng)出了18世紀(jì)著名數(shù)學(xué)家歐拉！和流體力學(xué)相關(guān)的是丹尼爾第一伯努利，接下來就說一下他的貢獻(xiàn)。丹尼爾是上面說的約翰的兒子，和父親一樣，丹尼爾也是棄醫(yī)從理。他的貢獻(xiàn)主要集中在

7、微分方程、數(shù)學(xué)物理這一塊，可以說他是數(shù)學(xué)物理方程的奠基人。他是理論流體力學(xué)的創(chuàng)始人，提出了“伯努利定理”在一個流體系統(tǒng)（如氣流、水流）中，流速越快，流體產(chǎn)生的壓力就越小。這條定理的內(nèi)容中說明了流速增大時靜壓增大動壓減小，流速減小時情況時相反。而流體的靜壓和動壓總和保持不變。這條定理有著廣泛的應(yīng)用。比如：如果流管的橫截面積沿流動方向緩變，則在工程應(yīng)用中常常對流管的平均速度和平均壓力應(yīng)用伯努利定理。采用這樣的近似處理再加上流管的連續(xù)性方程常常能夠非常簡單地得到一些有用的結(jié)果。除了應(yīng)用外，由于伯努利定理是有限關(guān)系式，所以可以代替運(yùn)動微分方程，所以它在流體力學(xué)理論研究上有很大意義。1.3歐拉和達(dá)朗貝爾

8、歐拉是上面提到的約翰第一伯努利的學(xué)生，是瑞士的數(shù)學(xué)家和自然科學(xué)家，18世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家。他畢業(yè)于巴塞爾大學(xué)，十六歲就獲得碩士學(xué)位。他也是以為多產(chǎn)的數(shù)學(xué)家，平均每年要寫八百多頁的論文。他涉獵的領(lǐng)域很廣，關(guān)心的問題從數(shù)學(xué)上的分析學(xué)、幾何學(xué)、變分法、微分方程等等到工程應(yīng)用上的建筑、航海、彈道問題對于歐拉對科學(xué)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，瑞士教育和國務(wù)秘書Cherles Kleiber 曾說：“沒有歐拉的眾多發(fā)現(xiàn)，我們將過著和現(xiàn)在完全不一樣的生活?！狈▏鴶?shù)學(xué)家歐拉也說“讀讀歐拉，他是所有人的老師。”1911年數(shù)學(xué)界開始系統(tǒng)出版歐拉全集，平均每卷有五百多頁，重四磅左右，而整套歐拉全集重約四百多磅！歐拉在流體力學(xué)上

9、做出的貢獻(xiàn)要數(shù)把牛頓運(yùn)動第二定律應(yīng)用到無粘性流體微團(tuán)上，建立了流體運(yùn)動方程歐拉方程。這是無粘性流體力學(xué)上的一個基本方程，方程組中的各個方程分別代表質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒。達(dá)朗貝爾在1743年提出了達(dá)朗貝爾原理，它也是由牛頓第二定律推廣而來，其內(nèi)容是質(zhì)點(diǎn)在受力運(yùn)動的任何時刻，作用于質(zhì)點(diǎn)的主動力、約束力和慣性力平衡。利用這個原理，可以吧動力系中的問題轉(zhuǎn)化為靜力系來解決。在提出這個原理之后，他就自己用來解決流體運(yùn)動中的一些主要問題，包括有笛卡爾提出的行星運(yùn)動的渦旋理論以及克萊羅的有關(guān)地球形狀問題。1752年，他發(fā)表了“流體阻尼的一種新理論”第一次運(yùn)用了微分方程的形式表示場，并且提出了達(dá)朗貝爾佯

10、謬物體在大范圍的靜止或勻速流動的不可壓縮、無粘性流體中作等速運(yùn)動時，它所受到的外力之和為零。達(dá)朗貝爾他在流體力學(xué)上的貢獻(xiàn)和當(dāng)代的歐拉、伯努利都是齊名的。2 流體力學(xué)飛躍的時期1823年納維、1845年斯托克斯分別用不同的方法推導(dǎo)出了粘性流體運(yùn)動的微分方程。從此之后流體力學(xué)就開始飛速發(fā)展。這一發(fā)展階段的特征就是理論與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，并且流體力學(xué)開始與相關(guān)的鄰近學(xué)科相互交叉滲透。2.1十九世紀(jì)末的雷諾英國物理學(xué)家雷諾畢生都致力于水力學(xué)和流體力學(xué)的研究，并做出了巨大貢獻(xiàn)。雷諾在流體力學(xué)的最大貢獻(xiàn)在于知道了實(shí)驗(yàn)研究粘性流體流動規(guī)律的相似準(zhǔn)則數(shù)雷諾數(shù)。雷諾數(shù)是一個表征流體慣性力和粘性力的一個量綱為一的數(shù)

11、。對于幾何條件相似的各個流動，雖然尺寸、速度、流體不同，但是只要雷諾數(shù)相同，則這兩個流通就是動力相似的。這樣雷諾就是發(fā)現(xiàn)了流動的相似律。十九世紀(jì)中期，斯托克斯就已經(jīng)認(rèn)識到了這個數(shù)的重要性。之后，雷諾通過管道中平滑流線性型流動向不規(guī)則帶旋渦的流動過渡的實(shí)驗(yàn)，闡明了這個比數(shù)的作用。在雷諾以后，分析有關(guān)的雷諾數(shù)成為研究流體流動特別是層流向湍流過渡的一個標(biāo)準(zhǔn)步驟。除此之外，雷諾還給出平面渠道中的阻力、提出軸承的潤滑理論、研究河流中的波動和潮汐問題、闡明了波動中群速度概念、將許多單擺上端串聯(lián)且均勻分布在一緊張水平弦線上以演示群速度、指出氣流超聲速地經(jīng)管道最小截面時的壓力等等。他引進(jìn)湍流中有關(guān)應(yīng)力概念，并

12、從分子模型解釋了剪脹的機(jī)理。 可以說雷諾為流體力學(xué)的發(fā)展做出了畢生的貢獻(xiàn)。2.2現(xiàn)代流體力學(xué)的形成現(xiàn)代意義上的流體力學(xué)形成于20世紀(jì)初，感謝無數(shù)前人做出的成果，才使得當(dāng)時的科學(xué)家們能夠越來越多得把流體力學(xué)應(yīng)用到不同領(lǐng)域上，并在應(yīng)用時不斷推動其發(fā)展。 2.2.1普朗特德國力學(xué)家普朗特是現(xiàn)代流體力學(xué)開創(chuàng)者之一，他在邊界層理論，建立繞物體流動的小粘性邊界層方程，以解決計(jì)算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題，奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。1906年，他在德國建立了第一個風(fēng)洞。我們都知道，風(fēng)洞能人工產(chǎn)生和控制氣流，用來模擬飛機(jī)和周圍流體的流動，到現(xiàn)在它也是進(jìn)行空氣動力研究的最常用和有效的工具。對于機(jī)翼理論，

13、他在試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了舉力線理論和最小誘導(dǎo)阻力理論 、舉力面理論等。在湍流理論中，他提出了層流穩(wěn)定和湍流混合長度理論。他創(chuàng)立了邊界層理論、薄翼理論、升力線理論，并且研究了超聲速流動、提出普朗特葛勞渥法則。普朗特的開創(chuàng)性工作，將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動力學(xué)研究統(tǒng)一起來，被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。 2.2.2馮卡門二十世紀(jì)初，萊特兄弟試飛的消息傳到歐洲，在法國掀起了一陣“飛行熱”。在一次飛行比賽后，馮卡門問飛行員“我是研究科學(xué)的。有一位偉大的科學(xué)家用他的定律證明了比空氣重的東西是絕對飛不起來的，怎么”。飛行員卻說：“是那個研究蘋果落地的人嗎？幸好我沒有讀過他的書，不然，今天就不會飛行成功了。我只

14、是個飛行員。至于飛機(jī)為什么會飛起來您作為教授，應(yīng)該研究它。”在回家的路上，馮卡門坐在疾駛的車?yán)锞镁玫爻了肌Ｋ麑ε闼黄饋淼囊晃挥浾哒f：“看來偉人的話也不一定都對?，F(xiàn)在我終于決定我今后的一生該研究什么了?！瘪T卡門拉住記者的手伸出車窗外，立刻有一股風(fēng)吹過手面，他說：“我要不惜一切努力去研究風(fēng)以及在風(fēng)中飛行的全部奧秘?？傆幸惶煳視蚍柮⒅v清楚他的飛機(jī)為什么能上天的道理的?！焙髞砜ㄩT全身心投入到流體力學(xué)的研究中，并成為了20世紀(jì)最偉大的工程師。他開創(chuàng)了數(shù)學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)在航空航天和其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，被譽(yù)為“航空航天世代的科學(xué)天才”。他在火箭的貢獻(xiàn)尤其突出，二戰(zhàn)時美德兩國的科技競爭相當(dāng)激烈。美國陸軍航空

15、隊(duì)將軍曾去找過卡門評價當(dāng)時美國航空發(fā)展的現(xiàn)狀和與德國競爭的潛力、預(yù)測之后幾十年美國航空技術(shù)的發(fā)展。后來卡門成立了科學(xué)顧問小組，專門研究火箭、飛行器等技術(shù)，推動了戰(zhàn)時美國航空航天技術(shù)的發(fā)展?？梢哉f，在空氣動力方面馮卡門有著絕對的權(quán)威。此外，我國著名的科學(xué)家錢學(xué)森、錢偉長、郭永懷都是他的弟子。 2.2.3中國科學(xué)家的貢獻(xiàn)周培源和錢學(xué)森周培源和錢學(xué)森都是中國老一輩的科學(xué)家，他們都去過國外深造，但是都回到祖國為國家的發(fā)展貢獻(xiàn)。周培源學(xué)生時期被清華派到美國芝加哥大學(xué)去學(xué)習(xí)，后來師從海森堡、庖利等當(dāng)時著名的科學(xué)家。歸國后 即被聘為清華大學(xué)物理系教授，當(dāng)時年僅27歲。他在流體力學(xué)上的主要貢獻(xiàn)在引力論和湍流理

16、論上，并且在國際上第一次提出湍流脈動方程，奠定了湍流模式的基礎(chǔ)。錢學(xué)森是著名的科學(xué)家、空氣動力學(xué)家，是中國載人航天事業(yè)的奠基人。他在火箭、導(dǎo)彈、航天器的總體、動力、氣導(dǎo)力、制導(dǎo)方面都有豐富的知識。他的故事想必大家都聽說過，當(dāng)時他在美國聽說新中國成立后想要回國發(fā)展，但是美國就以莫須有的罪名將他強(qiáng)行扣押，阻止他回國。以為美國軍官曾經(jīng)說過：一個錢學(xué)森能敵過一個師，無論如何也不能放他回中國。可見錢學(xué)森在學(xué)術(shù)上的權(quán)威。后來在我國政府的幫助下，錢學(xué)森才回到了祖國，為祖國兩彈一星事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，獲得了兩彈一星功勛獎?wù)?，被譽(yù)為中國“導(dǎo)彈之父”、“航天之父”、“中國自動化控制之父”、“火箭之王”。二十世紀(jì)

17、六十年代以后，流體力學(xué)出現(xiàn)了更多的新分支和交叉學(xué)科，如計(jì)算流體力學(xué)、兩相流體力學(xué)、生物流體力學(xué)等等。到現(xiàn)在，流體力學(xué)已經(jīng)被應(yīng)用于我們生活的幾乎所有角落，它無處不在。下幾章就介紹一下流體力學(xué)在現(xiàn)代一些工程技術(shù)上的應(yīng)用。3 流體力學(xué)在礦井安全工程中的應(yīng)用3.1均壓滅火理論礦井均壓滅火的方法從20世紀(jì)50年代就開始使用了。我國一開始是在60年代在淮南、遼源、開灤等礦區(qū)試用這一防滅火技術(shù)，后來逐漸推廣。所謂均壓滅火就是利用通風(fēng)措施，改變漏風(fēng)風(fēng)路兩邊的風(fēng)壓差，是它只見減小或趨向于零，從而減少煤區(qū)內(nèi)部煤的自燃、抑制火區(qū)的或是發(fā)展、加速撲滅火災(zāi)。根據(jù)使用條件的不同，均壓滅火不知可以分為兩類。一類是開區(qū)均壓，

18、一類是閉區(qū)均壓。兩者的區(qū)別是前者是在著火地區(qū)使用均壓理論，以抑制煤的自燃、防止CO超額溢出，從而保證回采工作面的安全；而后者是在有火災(zāi)危險(xiǎn)的地區(qū)，利用均壓原理，有效防止煤的自燃，一旦發(fā)生火災(zāi)，也可以加速火災(zāi)的撲滅。另外，利用該理論，合理選取通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)建筑物的位置， 還可以起到控制瓦斯的涌出和處理積余瓦斯的效果。3.2采掘機(jī)械的滅塵采掘機(jī)械在工作時會產(chǎn)生大量的粉塵，滅塵和除塵設(shè)備是不可少的。現(xiàn)代的采掘機(jī)械大都采用內(nèi)外噴霧結(jié)合的方式來滅塵的。影響噴霧滅塵和降塵效果的主要因素是噴霧嘴射流的摻氣量，而摻氣量和噴霧嘴的射流沖擊角有關(guān)。在這里就需要計(jì)算流體力學(xué)的知識修改設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)的盲

19、目性。流體靜力學(xué)在采掘機(jī)械液壓系統(tǒng)中力的放大、壓強(qiáng)的放大和運(yùn)動速度的增大上都有實(shí)際應(yīng)用。活塞上開設(shè)環(huán)形槽是液壓元器件中常見的結(jié)構(gòu)，而它也是流體動力學(xué)的典型運(yùn)用。它有兩個作用，一是阻止活塞軸線的偏移，保持配合間隙，保證潤滑效果，減小活塞與缸壁的磨損以及增強(qiáng)間隙密封的性能；二是提高間隙密封的效果。當(dāng)流體從高壓腔向低壓腔泄漏時，由于油路截面減小，滑閥中射流使流體在流入或流出閥腔時產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)作用力和瞬態(tài)作用力，穩(wěn)態(tài)作用力總是使閥口趨于關(guān)閉，瞬態(tài)作用力方向總是與閥腔內(nèi)油液的加速度同向，而瞬態(tài)作用力中阻尼長L是取油液在閥腔內(nèi)的實(shí)際流程長，它是有方向性的。流體力學(xué)的發(fā)展能夠使得液壓技術(shù)得到迅速的提高，也能使采

20、掘機(jī)械的工作效率和性能得到很好的提高和改進(jìn)。3.3流體力學(xué)在選礦機(jī)械上的運(yùn)用選礦是煤礦工業(yè)中極其重要的一部分。選礦就是把有用的礦和其他礦物分開的過程。當(dāng)有用的礦物打到單體解離狀態(tài)時，利用流體力學(xué)的方法，把他們和其他礦物分開。但對于沒有達(dá)到單體解離的礦物我們可以運(yùn)用碾壓磨碎等方法得到。古今中外，在選礦上都會利用到流體力學(xué)的知識。物料的分級、礦漿準(zhǔn)備器、產(chǎn)品的濃縮脫水、選礦方法中的重力選礦、浮游選礦以及一些新型的選礦設(shè)備中流體力學(xué)必不可少。比如下面這種是選礦時會用到的旋流器。旋流器上端成圓筒形，下端呈圓錐形，礦漿快速切向給入旋流器，在旋流器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。旋流器內(nèi)的顆粒主要受離心力的作用，同時還受

21、到與離心力相比可以忽略的重力和浮力的作用。在離心力作用下，較粗的礦粒被拋向器壁,以螺旋線的軌跡向下運(yùn)動，由底流口排出，較細(xì)的顆粒及大部分的水分則由溢流管排出，如圖所示。對于顆粒尤其是小顆粒的物料，在離心力場中分選比在重力場中分選有效得多。4 流體力學(xué)在研究汽車性能上的應(yīng)用 要研究汽車行駛時的狀態(tài)，從而制作出速度更快更穩(wěn)定的汽車，就要用到流體力學(xué)的知識。一下介紹了利用流體力學(xué)對汽車行駛時外流場和表面壓強(qiáng)的分析。4.1汽車外流場分析汽車行駛時受到的空氣作用力在行駛方向的分量稱為空氣阻力。對于汽車車身，空氣阻力可以分為摩擦阻力和壓力阻力。摩擦阻力是由空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的

22、分量；壓力阻力則是作用在其車身便面的正壓力的合力在行駛方向的分力。而壓力阻力又可以分為形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導(dǎo)阻力。其中，形狀阻力占壓力阻力的大部分，與車身形狀有直接關(guān)系，這也是在空氣阻力中占大部分的一種；干擾阻力是車表凸起部分引起的氣流干擾而產(chǎn)生的阻力；誘導(dǎo)阻力祖師空氣升力在水品方向的分力。在汽車行駛過程中，空氣阻力隨著汽車速度的增加而增加。在無風(fēng)的條件下計(jì)算：表示，空氣阻力和汽車的迎風(fēng)面積成正比，和汽車行駛速度的平方成反比。為了減少汽車行駛時的空氣阻力，就是要減少迎風(fēng)面積和空氣阻力系數(shù)。而迎風(fēng)面積取決于汽車的尺寸大小，這個因素收到乘坐空間的限制。因此，減小空氣阻力系數(shù)就變得至關(guān)

23、重要。在實(shí)際情況中，汽車在告訴路上行駛時，一半的能量是用于克服空氣阻力做功，在這同時，氣流產(chǎn)生的升力會影響汽車的附著力。于是，基于汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性考慮，世界上疙瘩汽車廠商都致力于降低空氣阻力，改善氣流升力，這就涉及到車身的合理造型。磁懸浮列車的遠(yuǎn)離也是這樣，它的造型很像火箭，迎風(fēng)面積小，速度快。4.2汽車表面的壓強(qiáng)對汽車性能的影響汽車前下部的外凸輪廓導(dǎo)致表面氣流加速，壓力迅速降低。在汽車底部 前緣處壓力降至最低之后，由于汽車底部和地面之間的通道是的氣流受到移動程度上的滯止，汽車表面壓力得到一定程度的回升。之后由于汽車底部粘性邊界層和地面的擁塞作用，是的氣流速度逐漸怎大，壓力逐漸降低

24、。作用在汽車上的氣動力和汽車周圍的壓力分布直接有關(guān)，而壓力分布有何氣流經(jīng)過汽車的流譜有緊密關(guān)系。汽車行駛時，前方來流首先遇到車身前部，氣流受阻，速度大大降低，氣流的動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，因此在車頭前部形成一個正壓區(qū)。這股氣流分為兩部分，一部分向上向駕駛室頂向后流去；另一部分通過車下，向車尾流去。流向上方的這部分氣流在流經(jīng)車頭上緣時，由于緣角半徑比較小，氣流往往來不及轉(zhuǎn)折，而出現(xiàn)局部分離，流速比較大，因此在上緣角附近有很大的吸力峰，隨后氣流又重新附著在發(fā)動機(jī)罩上。由于發(fā)動機(jī)罩有一定的斜度，其上的氣流速度仍然較快，因而壓力仍為負(fù)值，所以在發(fā)動機(jī)罩的前部形成一個較大的負(fù)壓區(qū)。當(dāng)氣流到達(dá)發(fā)動機(jī)罩和前擋風(fēng)玻璃

25、交界處時，由于檔風(fēng)玻璃的存在，氣流速度降低，同時由于凹角的存在，在凹角處形成一個滯區(qū)，在滯區(qū)中又有內(nèi)部渦流的存在，該區(qū)具有正壓力。在氣流到達(dá)擋風(fēng)玻璃上緣時，在車頂前緣附近又出現(xiàn)一個吸力峰。由于車頂向外鼓起，所以上面的氣流速度減小，負(fù)壓減小。5 流體力學(xué)在其他工程上的應(yīng)用 流體力學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐上，并且在生產(chǎn)時間的推動下，大大豐富了流體力學(xué)的內(nèi)容。重工業(yè)中的冶金、電力、采掘等工業(yè)；輕工業(yè)中的化工、放置、造紙工業(yè)；交通運(yùn)輸業(yè)中的飛機(jī)、火車、船舶設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)中的農(nóng)田灌溉、水利設(shè)計(jì)、河道整治等工程中，無不需要用到流體力學(xué)的思想去解決。在土木和環(huán)境工程中，給水排水、供熱通風(fēng)燃?xì)夤?yīng)等工程都要對流體進(jìn)行凈化或加熱處理、以及通過管道或渠道輸給用戶和車間，在其設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理及施工中也會遇到一系列的流體力