阻力

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阻力

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流体动力学中,阻力(有时称为空气阻力,一种摩擦力,或流体阻力,另一种摩擦力或流体摩擦力)是一种与任何相对于周围流体移动的物体的相对运动相反的力。 这可以存在于两个流体层(或表面)之间或流体和固体表面之间。 与几乎与速度无关的其他阻力(例如干摩擦)不同,阻力取决于速度。

阻力与低速流动的速度和高速流动的平方速度成正比,其中低速和高速之间的区别由雷诺数衡量。 尽管阻力的最终原因是粘性摩擦,但湍流阻力与粘度无关。

阻力总是倾向于降低流体相对于流体路径中固体物体的速度。

例子

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阻力的例子包括净空气动力或流体动力的分量,其作用与固体物体的运动方向相反,例如汽车(汽车阻力系数)、飞机和船体; 或在与固体相同的地理运动方向上作用,如附着在顺风帆船上的帆,或在取决于帆点的帆上的中间方向上。 在管道中流体粘性阻力的情况下,固定管道上的阻力会降低流体相对于管道的速度。

在体育物理学中,阻力是解释球、标枪、箭和飞盘的运动以及跑步者和游泳者的表现所必需的。

类型

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拖动的种类一般分为以下几类:

  • 由于身体的大小和形状而形成阻力或压力阻力
  • 由于流体与表面之间的摩擦而产生的表面摩擦阻力或粘性阻力,该表面可能是物体的外部或内部,例如管道的孔

流线型对蒙皮摩擦和形状阻力的相对比例的影响针对两个不同的主体部分显示,翼型是流线型主体,圆柱体是钝体。 还显示了一个平板,说明方向对前后皮肤摩擦和压力差的相对比例的影响。 如果阻力源由压力主导,则物体被称为虚张声势(或钝头),如果阻力由粘性力主导,则物体被称为流线型。 道路车辆是钝体。 对于飞机,压力和摩擦阻力包含在寄生阻力的定义中。 寄生阻力通常用假设的(就没有边缘溢出阻力而言)等效寄生阻力面积来表示,该面积是垂直于流动的平板面积。 它用于比较不同飞机的阻力。 例如,道格拉斯 DC-3 的等效寄生面积为 23.7 平方英尺,而麦克唐纳道格拉斯 DC-9 在飞机设计上有 30 年的进步,面积为 20.6 平方英尺,但其载客量是后者的五倍。

  • 升力引起的阻力出现在航空中的机翼或升力体以及船只的半滑行或滑行船体中
  • 波阻力(空气动力学)是由冲击波的存在引起的,当局部流速变为超音速时,它首先出现在亚音速飞机速度下。 通过在量产飞机上应用面积法则将后机身延长 3.73m,超音速协和原型机的波阻在 2 马赫时降低了 1.8%。
  • 当固体物体沿流体边界移动并产生表面波时,会产生波阻(船舶流体动力学)或波浪阻力
  • 飞机上的船尾阻力是由后机身或发动机舱缩小到发动机排气直径的角度引起的。
  • 协和“高”波拖尾
  • 协和“低”波拖尾
  • 鹰式飞机在圆形发动机排气口上方显示基地区域

阻力方程

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阻力取决于流体的特性以及物体的大小、形状和速度。

F D {\displaystyle F_{D}} 是阻力,ρ {\displaystyle \rho } 是流体的密度,v {\displaystyle v} 是物体相对于流体的速度,A {\displaystyle A} 是横截面积,C D {\displaystyle C_{D}} 是风阻系数——无量纲数。

阻力

阻力系数取决于物体的形状和雷诺数

D {\displaystyle D} 是一些特征直径或线性尺寸。 实际上 D {\displaystyle D} 是物体的等效直径 D e {\displaystyle D_{e}}。

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  1. 阻力
  2. 例子
  3. 类型
  4. 阻力方程

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