我们把流体所占据的空间称为流场。
用以表征流体特性的物理量如速度、温度、压强、密度等,称为流体的运动参数。所以流场又是分布上述运动参数的场。 "定常流动与非定常流动根据运动参数随时间的变化,我们可以将流动分为定常流动与非定常流动。如果流场中流体的运动参数不仅随位置不同而不同,而且随时间变化而变化,这样的流动称为非定常流动。
如果流场中流体的运动参数只随位置改变而与时间无关,这样的流动称为定常流动。限于课程性质和课时,本课程只研究定常流动。 "流线流线是流场中某一瞬时的一条空间曲线,在该线上各点的流体质点所具有的速
度方向与曲线在该点的切线方向重合。流线具有以下特征:()非定常流动时,由于流场中速度随时间改变,经过同一点的流线的空间方位和形状是随时间改变的。(%)定常流动时,由于流场中各点流速不随时间改变,所以同一点的流线始终保持不变,且流线与迹线(流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹线)重合。()流线不能相交也不能折转。因为空间每一点只能有一个速度方向,所以不能有两条流线同时通过同一点。()流场中的每一点都有流线通过。由这些流线构成流场的总体称为流线谱,简称流谱。
&"流管和流束
在流场中任画一封闭曲线,在该曲线上每一点做流线,由这许多流线所围成的管状曲面称为流管。
由于流管表面是由流线所围成,而流线不能相交,因此流体不能穿出或穿入流管表面。这样,流管就好像刚体管壁一样把流体运动局限在流管之内或流管之外。在稳定流时流管好像真实管子一样。
充满在流管内的流体。称为流束。
二、运动的转换
当飞机在原来静止的空气中作等速直线飞行时,将引起物体周围空气的运动,同时空气将给飞机以作用力。研究这种空气运动的规律和作用力是空气动力学所面临的任务之一。这里有两种坐标系可以使用,一种是采用静止坐标系— ——坐标系固连
••
于地球上,直接将牛顿定律用于空气对物体的相互作用;另一种是采用动坐标系— ——坐标系固连于等速飞行的飞机上,也就是在飞机上看空气的运动及其对物体的作用力。而用这两种坐标系求得物体所受的力是完全相同的。这就是运动的转换原理,它是根据加利略的相对原理而建立的。
相对原理,即如果在一个运动物体系上附加上一个任意的等速直线运动,则此附加的等速直线运动并不破坏原来运动的物体系中各物体之间的相对运动,也不改变各物体所受的力。
利用运动的转换原理,使问题的研究大为简化。设物体以速度 在静止空气中运动,根据相对原理,可以给物体系(物体与周围空气)加上一个与速度 大小相等方向相反的速度。这样得到的运动,与物体静止不动,无穷远处气流以速度 流向物体的情况,空气作用在物体上的力是完全相同的,这就是运动的转换原理。也就是说,空气作用在物体上的力,并不决定于空气或物体的绝对速度,而决定于二者之间的相对运动。
三、连续性定理
为了说明该原理,可以先从一些生活经验谈起。我们在河岸土可以看到,在河道宽而深的地方,河水流得比较慢;而在河道窄而浅的地方,却流得比较快。夏天乘凉时,我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中,因为那里常有“穿堂风”。在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得大。这些现象都是流体“连续性定理”在自然界中的表现。下面我们来推导连续性定理。
质量守恒定律是自然界基本的定律之一,它说明物质既不会消失,也不会凭空增加。如果把这个定律应用在流体的流动上,就可以得出这样的结论:当流体低速、稳定、连续不断地流动时,流管里的任一部分,流体都不能中断或积聚,在同一时间内,流进任何一个截面的流体质量和从从另一个截面流出的流体质量应当相等。
它说明了气流速度和流管截面积之间的关系。由此看出,当低档速定常流运时,气流速度的大小与流管的截面积成反比,这就是连续性定理。也可以粗略地说,截面积小的地方流速快,而截面积大的地方则流速慢。
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址:飞机检测与维修实用手册 1(8)