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流体力学A10-1.ppt
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1、流体力学A10-12 第九章 紊流射流1.自由淹没射流的形成及特征2.圆断面射流和平面射流运动分析3.工程中常见的几种射流4.旋转射流上次课主要内容第九章 紊流射流2第十章 机翼和叶栅工作原理 本章内容简介n 机翼的几何特性n 翼型升力原理n 翼型的气动特性 n 叶栅的几何参数n 叶栅工作原理310.1 机翼的几何特性 1机翼的概念1)定义:相对流体运动的各种升力装置升力装置。2)例子:叶轮机械,如汽轮机、泵及风机、风力机及燃气轮机的工作叶片工作叶片;说得小一点,象电风扇中的叶片叶片等,就是一个机翼。第十章 机翼和叶栅工作原理 410.1 机翼的几何特性 3)作用:主要是为了获取升力获取升力。
2、对机翼提出的技术要求技术要求首先就是获得尽可能大尽可能大升力和尽量小尽量小的阻力。4)及机翼几何形状有关的基本概念有 翼型:将机翼顺着来流方向顺着来流方向切开的剖 面形状;型线:翼型的周线周线。第十章 机翼和叶栅工作原理 510.1 机翼的几何特性 第十章 机翼和叶栅工作原理 图10-2 翼 型中线中线翼弦翼弦前缘点前缘点后缘点后缘点drbfhv62表征机翼几何特性机翼几何特性的基本参数1)翼型中线:翼型型线内内切切圆圆圆圆心心的连连线线称为翼型中线中线,或称翼型骨线骨线;2)翼弦b:翼型中中线线及及型型线线的两两个个交交点点分别称为前前缘缘点点和后后缘缘点点,这这两两个个点点连连线线称为翼弦
3、翼弦,用b表示,其长度叫做弦长弦长;3)翼型厚度d:翼型型线内内切切圆圆的直直径径称为翼型厚度翼型厚度。最大相对厚度 。10.1 机翼的几何特性 第十章 机翼和叶栅工作原理 74)翼型弯度f:翼型中线至翼弦中线至翼弦的距离距离f 称为翼型弯度翼型弯度。最大相对弯度 。5)翼展h:机翼(或叶片)在垂直垂直于流动方流动方向向的最大水平长度最大水平长度h称为翼展翼展(或叶片高度);展弦比展弦比 h/b;无限翼展无限翼展机翼,有限有限翼展翼展机翼。6)翼型冲角:翼弦翼弦及来流速度之间来流速度之间的夹夹角角。是机翼的重要气动参数机翼的重要气动参数,升力和阻力都与它有关。10.1 机翼的几何特性 第十章
4、机翼和叶栅工作原理 810.2 翼型升力原理 1假定假定1)所研究的是无无限限翼翼展展且翼翼弦弦和翼翼型型不不变变化化,即流体绕流机翼的各各个个剖剖面面流流动动都都相同相同,是一个二维流动二维流动;2)排排除除机翼本本身身以以外外的任任何何固固体体壁壁面面的的影影响响,只考虑机翼在静静止止流流体体中的运运动动,或者说均均匀匀流流绕绕流流翼翼型型,这样的翼型通常称为孤立翼型孤立翼型。第十章 机翼和叶栅工作原理 910.2 翼型升力原理 2说明1)孤孤立立翼翼型型作为一种抽象的力力学学模模型型,完全是为了分析方便和简化计算分析方便和简化计算提出的;2)孤立翼型孤立翼型绕流类似类似圆柱绕流,但但由于
5、后缘有尖点有尖点,流线图案复杂流线图案复杂。第十章 机翼和叶栅工作原理 1010.2 翼型升力原理 3)理论理论上(不可压理想流体不可压理想流体)可以出现三种三种不同绕流图案不同绕流图案:图10-3 绕流翼型的三种类型(a)(b)(c)第十章 机翼和叶栅工作原理 BBB1110.2 翼型升力原理 只有只有在图10-3(b)所示的情形所示的情形中,流体从翼型的上下两表面从翼型的上下两表面平滑流地流过后缘平滑流地流过后缘,且后缘点的速度是有限的且后缘点的速度是有限的。(a)和(c)后缘附近的后缘附近的流体将从翼型表面的一侧绕过尖端流到另一侧一侧绕过尖端流到另一侧去,出现了大大于于角角的尖端绕流,这
6、将在翼型尖锐后缘尖锐后缘处形成无穷大的速度无穷大的速度和无穷大的负压无穷大的负压,这在物理上是不可能物理上是不可能的。第十章 机翼和叶栅工作原理 121310.2 翼型升力原理 大量的实验观察实验观察发现,只有只有在翼型绕流边界层尚未严重分离边界层尚未严重分离的条件下(严重分离通常在大冲角时发生),翼型上下两股翼型上下两股流体流体总是在尖锐后缘尖锐后缘上汇合而平滑流去汇合而平滑流去,即图10-3(b)流动图案流动图案是实际存在实际存在的。据此据此,1909年茹柯夫斯基首先提出茹柯夫斯基首先提出了均匀流绕流翼型流动时均匀流绕流翼型流动时确定环量确定环量的补充条补充条件件,即在后缘点速度应为有限值
7、后缘点速度应为有限值-茹柯夫茹柯夫斯基假定斯基假定。第十章 机翼和叶栅工作原理 1310.2 翼型升力原理 3翼型升力升力库塔茹柯夫斯基升力公式升力公式其中,对于不可压缩理想不可压缩理想流体,由茹柯夫斯由茹柯夫斯基假定基假定,理论分析确定理论分析确定。b为翼型弦长,为冲角,0为零升力冲角。1)升力的大小大小为第十章 机翼和叶栅工作原理 1410.2 翼型升力原理 气动弦线(零升力)翼弦线负冲角正冲角v图10-4 翼型上的冲角vFL图10-5 绕流翼型的升力第十章 机翼和叶栅工作原理 1510.2 翼型升力原理 2)相当于绕翼型叠加绕翼型叠加了一个环量为的顺顺时针涡流时针涡流。3)升力的方向方向
8、仍为由来流方向反环流旋转反环流旋转90度确定。4)茹柯夫斯基假定:在后缘点速度后缘点速度应为有限值应为有限值 1909年茹柯夫斯基首先提出的均匀流绕翼型流动时确定环量的补充条件确定环量的补充条件。第十章 机翼和叶栅工作原理 1610.2 翼型升力原理 4翼型升力产生的原因升力产生的原因 (近代边界层理论的贡献之一近代边界层理论的贡献之一)1)翼型在实际流体实际流体中开始起动的最初瞬间开始起动的最初瞬间,整个流场处处无旋处处无旋,粘性体现不出来,相当于理想流体有势流动的绕流相当于理想流体有势流动的绕流,边界层还来不及生成来不及生成。2)在冲角不大的情况冲角不大的情况下,对应流动图案如图10-3(
9、a)所示,在上表面后缘附近上表面后缘附近(B点点后部后部)存在很大的逆压梯度逆压梯度。第十章 机翼和叶栅工作原理 1710.2 翼型升力原理 3)随着翼型加速翼型加速,逐渐形成的边界层承受边界层承受不住这样大逆压梯度不住这样大逆压梯度,几乎在很短的时很短的时间内间内及物体分离卷起分离卷起一个逆时针方向逆时针方向的旋涡旋涡。直到后驻点推移到后缘点直到后驻点推移到后缘点,翼型上下两股气流在后缘汇合平滑流去后缘汇合平滑流去。这个逆时针的旋涡也随流体向下游运动向下游运动,通常称这个旋涡为起动涡起动涡+。第十章 机翼和叶栅工作原理 1810.2 翼型升力原理 4)在翼型起动产生起动涡起动产生起动涡的同时
10、,围绕翼围绕翼型型则生成了一个及起动涡强度相等及起动涡强度相等,旋旋向相反向相反的顺时针的附着涡顺时针的附着涡为-。(由停停止涡的出现止涡的出现可证明这一点证明这一点,也可由漩涡的保持性定理证明这一点)正是附着涡生正是附着涡生成,使翼型产生环量,从而获得了升力成,使翼型产生环量,从而获得了升力。第十章 机翼和叶栅工作原理 1910.2 翼型升力原理 5)总结:粘性和尖端粘性和尖端绕流是产生起动涡起动涡和绕翼型环量绕翼型环量的原因,也是翼型产生翼型产生升力的主要原因升力的主要原因。(a)图10-6 绕翼型流动的起动涡(b)图10-7 停止涡第十章 机翼和叶栅工作原理 2010.3 翼型的气动特性
11、 1翼型的气动特性气动特性是指作用在翼型上的升升力和阻力特性力和阻力特性2对于孤立翼型孤立翼型,当被均匀来流绕流翼型均匀来流绕流翼型时时,作用在翼型(单位翼展)上的升力升力和阻力和阻力工程上分别用如下公式公式第十章 机翼和叶栅工作原理 2110.3 翼型的气动特性 CL、CD孤立翼型的升升力力系系数数和和阻阻力力系系数数,它们是翼翼型型形形状状及及冲冲角角 的的函函数数,而及翼型的大小翼型的大小及来流速度来流速度大小无关无关;v、均匀来流速度和密度;A翼型最大投影面积,对单位翼展,A=b1 m2。其中,第十章 机翼和叶栅工作原理 2210.3 翼型的气动特性 3CL、CD及 的关系曲线关系曲线
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