環(huán)境空氣動力學

環(huán)境空氣動力學這一概念是英國的理論力學教授斯科勒在1957年提出來的。隨著工業(yè)、航空和航天技術(shù)以及計算技術(shù)的迅速發(fā)展，一方面對環(huán)境空氣動力學提出了許多新的研究課題；另一方面為環(huán)境空氣動力學的研究提供了有力的觀測手段。1977年斯科勒出版了專著《環(huán)境空氣動力學》，標志著環(huán)境空氣動力學的研究有了新的進展。

研究自然界的流體運動，須要求解流場中各點的溫度、壓力、密度、速度、加速度等物理參數(shù)，尋找出它們之間的相互關(guān)系。對于無旋、無粘性的理想流體，可根據(jù)質(zhì)量守恒定律推導出連續(xù)方程。但是自然界的流體是有粘性的、有旋度的，處理這種流體運動時，要用納維－斯托克斯方程。

在自然界中，當流體流過圓柱或圓球時，如果雷諾數(shù)不太大，會在圓柱表面產(chǎn)生分離并在尾部產(chǎn)生一個渦系，稱為卡門渦街。強風吹過高煙囪、高層建筑物時都會產(chǎn)生卡門渦街。如果渦街排列不對稱，就會產(chǎn)生不穩(wěn)定沖擊，引起建筑物的渦振動。

在環(huán)境空氣動力學中經(jīng)常使用渦量這個概念。渦量是個向量，它的大小為微團旋為渦量的方向。渦量的概念在研究漂浮運動和云街產(chǎn)生的機理時很有用。由于摩擦阻力和地面地形的不同，氣流中出現(xiàn)不同旋轉(zhuǎn)方向的渦量，而上層的空氣在風的剪切作用下，出現(xiàn)波浪形的流動，結(jié)果在凝結(jié)線上方出現(xiàn)了云街。

環(huán)境空氣動力學還包括研究在地球的自轉(zhuǎn)作用、重力作用和太陽輻射作用下引起的大氣相變和對流，以及由此而產(chǎn)生的風、云、雨霧等自然現(xiàn)象的機理；研究分層氣體的運動規(guī)律，以及產(chǎn)生波和波濤的機理；研究大氣的揣流、飄浮對流、沉降動力等，以便弄清自然界中氣體質(zhì)量和固體質(zhì)量遷移的機理，這對研究污染物傳輸、擴散的規(guī)律和機理，以及防止污染的措施有用；研究生命的空氣動力環(huán)境，弄清大氣運動對人類以及鳥類和昆蟲的影響等。