流體阻力是怎么回事,？

twq19810302

以汽車為參照物,，空氣經(jīng)過汽車后的動量減小了,，根據(jù)動量定理,，這部分減小的動量產(chǎn)生了對汽車的阻力,。

導(dǎo)讀

流動阻力是一個涉及很廣的問題,。汽車高速行駛的油耗主要來源于空氣阻力而不是地面的摩擦阻力,，霧霾之所以可以“懸浮”在空中也是由于流動阻力，槍彈和炮彈的飛行距離遠(yuǎn)小于根據(jù)平拋或者斜拋計算的距離,，這些都說明了空氣阻力的重要性,。

. u2 `2 x0 h" z* H( S& X) Q, j. N- t

01

壓差阻力和摩擦阻力

從受力角度分析，物體受到的阻力是流體直接作用在其表面上的,。垂直于物體表面的是流體的壓力,，其產(chǎn)生的阻力稱為壓差阻力；平行于物體表面的是流體的黏性剪切力,，其產(chǎn)生的阻力稱為摩擦阻力,。除了這兩種力之外，再沒有其它的力了,。所以物體的總阻力就是壓差阻力和摩擦阻力的合力,，壓差阻力與物體的形狀密切相關(guān)，摩擦阻力則主要與物體的表面積相關(guān),。

有些地方說除了壓差阻力和摩擦阻力之外還存在誘導(dǎo)阻力,，以及激波阻力等，是屬于一種誤解,。實際上誘導(dǎo)阻力和激波阻力都可以歸結(jié)為壓差阻力和摩擦阻力（主要是壓差阻力）,。

02

形狀阻力之后部阻力

自古以來人們就知道在流體中運動的物體會受到阻力作用，且阻力與物體形狀密切相關(guān),。但最初的流體力學(xué)理論卻得出了相反的結(jié)論,。基于歐拉和伯努利的流體運動定律,，如果忽略流體的黏性,，則流體對在其中運動的任何形狀的物體都不產(chǎn)生阻力作用。

看來阻力完全是黏性產(chǎn)生的了,，但空氣的黏性非常小,，其產(chǎn)生的摩擦阻力比實際測量得到的氣動阻力要小很多。這個矛盾在歷史上稱為“達(dá)朗貝爾佯謬”，因為是由法國數(shù)學(xué)家達(dá)朗貝爾提出的,。

直到普朗特提出了邊界層理論,，人們才真正認(rèn)識到了流動阻力的實質(zhì)。壓差阻力才是氣動阻力的主要組成部分,，而對于一般的物體,，壓差阻力則主要是由于邊界層分離產(chǎn)生的。

早期的人們（可能現(xiàn)在很多人也這樣認(rèn)為）基于某種“常識”,，認(rèn)為物體前部的形狀決定了阻力的大小,，前部尖一些阻力就會小。有了邊界層理論后,，發(fā)現(xiàn)物體后部的形狀才是更重要的,。因為物體后部的形狀決定了邊界層分離的位置，從而決定了物體表面的壓力分布,。

常見的魚和鳥都是較為完美的流線體,，是圓頭尖尾巴的。

03

形狀阻力之前部阻力

雖然說物體后部的形狀對阻力大小是決定性的,，但前部形狀也是很重要的,。例如，物體前部如果是方頭的,，流體就會在尖角處早早地分離,，后部精心設(shè)計的形狀就失去意義了。目前在高速公路上跑的卡車,，已經(jīng)實現(xiàn)的形狀優(yōu)化主要集中在前部,，后部受集裝箱形狀的限制，所做的工作較少,。對于跨聲速運動的物體,，激波會產(chǎn)生額外的阻力，所以前部都設(shè)計成很尖的形狀,，使激波的錐角更小,，以減小阻力。

04

激波阻力

當(dāng)來流速度接近或超過聲速時,，會產(chǎn)生激波,，帶來額外的激波阻力。本質(zhì)上說,，激波阻力也是一種壓差阻力,，是由于激波的存在，使物體后半部的壓力恢復(fù)不夠而造成的,。忽略黏性損失,，當(dāng)沒有激波時,，氣流在物體后半部減速對應(yīng)一個壓升Δp1 ；當(dāng)存在激波時,，氣流經(jīng)過激波時部分損失了部分機(jī)械能,，同樣的減速對應(yīng)的壓升Δp2 就會比Δp1 要小。因此,，有激波時物體后半部的壓力要低一點,，這就是激波阻力的來源。把物體前緣做成尖的可以減小激波錐角,，從而減小激波帶來的損失,，也就減小了激波阻力。船在水面行進(jìn)時會產(chǎn)生水面波,，也會有波阻力,，所以要做成尖頭的，而在水下行進(jìn)的潛艇則是圓頭的,。

用能量損失來解釋激波阻力不夠直接，畢竟物體表面的壓力和黏性力才是直接決定阻力大小的因素,。下面用物體表面壓力變化來解釋激波阻力,。

05

形狀和表面質(zhì)量對阻力的影響

減小阻力是流體力學(xué)永恒的主題。采用流線形可以有效地減小壓差阻力,，這主要是因為設(shè)計良好的流線體表面不存在邊界層分離,，從而減小了壓差阻力。

除了外形,，物體的表面粗糙度對阻力也影響阻力,。一般表面越光滑摩擦阻力越小，但有時卻故意讓物體表面粗糙,，使邊界層變成湍流來抑制分離,，從而顯著地降低壓差阻力。

6 p3 i# x0 y0 f% c( @

06

總結(jié)

分析物體的氣動阻力的時候,，流體力學(xué)的習(xí)慣是按照力的作用形式分,。垂直作用在物體表面的壓力產(chǎn)生的阻力稱為壓差阻力，而平行于物體表面的摩擦力形成的阻力稱為摩擦阻力,。由于物體表面不存在這兩種力之外的力,，所以任何一種阻力不是壓差阻力就是摩擦阻力，或者兼而有之,。

流動分離產(chǎn)生的壓差阻力和激波產(chǎn)生的壓差阻力是影響物體氣動阻力的最大因素,。

亞聲速的低阻力物體是圓頭尖尾的，超聲速的低阻力體則頭尾都要尖,。

摯愛重金屬

高質(zhì)量文章,，已解心中疑竇,，感謝

果核宇宙

作為學(xué)過流體力學(xué)的本科畢業(yè)生，這篇文章解決了一直無法理解的問題,，講的太好了,！

dickych

謝謝樓主分享