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        汽車上的流體力

        時間:2023-09-18 百科知識 版權(quán)反饋
        【摘要】:在汽車身上有著很多關(guān)于流體力的運用,最主要的就是其外輪廓的流線設(shè)計。生活中常見的這些來來往往飛馳的汽車,簡直是與流體力學(xué)的巧妙結(jié)合。而飛機的造型則近乎完全是為了考慮流體作用于機翼的升力而設(shè)置。研究表明,在廂式貨車上安裝導(dǎo)流罩,可以大幅度的降低氣動阻力、節(jié)省燃料消耗。在廂式貨車尾部安裝渦流穩(wěn)定器,可以降低尾渦區(qū)內(nèi)氣流能量的消耗,使靜壓回升,壓差阻力減小。

        流體力學(xué)和傳統(tǒng)的固體受力不同,它旨在研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài),以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規(guī)律。所研究的受力物質(zhì)是水、空氣、汽輪機工作介質(zhì)的水蒸氣、潤滑油等。在汽車身上有著很多關(guān)于流體力的運用,最主要的就是其外輪廓的流線設(shè)計。 

        同我們平時喜歡玩的球一樣,設(shè)計其外形除了好看,運動舒適外,很大一部分就是考慮其外形會對其空中飛行有什么影響了。例如高爾夫球,表面設(shè)很多多面體凹點,目的在于利用多面造型就是利用粗糙度使層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界雷諾數(shù)減小,使流動變?yōu)槲闪鳎詼p小阻力。足球、籃球在流線上也有考慮。 

        生活中常見的這些來來往往飛馳的汽車,簡直是與流體力學(xué)的巧妙結(jié)合。好的汽車表面都有著近乎完美的流線,為了讓運動時汽車車身上的氣流順利通過,減少車身上對氣流的擾動,減少渦流的產(chǎn)生,以增大行駛速度。車的前部設(shè)計成稍微偏下的樣子,是為了減少當(dāng)速度增大時從車底流過造成作用在車身上的  升力,這樣車輛就不會在高速行駛時打滑、剎車困難了。對賽車而言,它需要的是負升力,也就是下壓力;這是通過把機翼狀的導(dǎo)流板顛倒安裝,然后用活動板條把側(cè)艙與地面之間的間隙密封起來,以防止氣流從側(cè)面進入車底。車尾的喉管使車底的空氣加速流動,從而形成了一個低壓區(qū),由此產(chǎn)生的巨大下壓力把賽車吸向地面。這樣汽車就可以牢牢的抓住地面,更好的掌握制動的能力。 

        而飛機的造型則近乎完全是為了考慮流體作用于機翼的升力而設(shè)置。對機翼來說,它的側(cè)剖面是一個上緣向上拱起,下緣基本平直的形狀。所以氣流吹過機翼上下表面而且要同時從機翼前端到達后端,從上緣經(jīng)過的氣流速度就要比下緣的快。按照物理學(xué)的伯努利方程的原理同樣是流過某個表面的流體,速度快的對這個表面產(chǎn)生的壓強要小。因此就得出機翼上表面大氣壓強比下表面的要小的結(jié)論,這樣子就產(chǎn)生了升力,升力達到一定程度飛機就可以離地而起。同時飛機機頭設(shè)置成尖錐形,方便高速飛行中氣流順利通過。 

        我們也可以用增加設(shè)備的方式改變空氣流動。以卡車為例,影響和提升汽車的動力特性的裝置主要的是它的導(dǎo)流罩。研究表明,在廂式貨車上安裝導(dǎo)流罩,可以大幅度的降低氣動阻力、節(jié)省燃料消耗。安裝導(dǎo)流罩使得氣動阻力系數(shù)曲線上的臨界雷諾數(shù)增大:設(shè)置薄壁式的導(dǎo)流罩底邊和駕駛室頂面之間的間隙,可以增強導(dǎo)流罩的減阻效果。在廂式貨車尾部安裝渦流穩(wěn)定器,可以降低尾渦區(qū)內(nèi)氣流能量的消耗,使靜壓回升,壓差阻力減小。


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