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失速
在流體動力學中,失速是指翼型气动攻角(Angle of attack)增加到一定程度(达到临界值)时,翼型所產生的升力(lift force)突然减小的一种状态。翼型气动迎角超过该临界值之前,翼型的升力是随迎角增加而递增的;但是迎角超过该临界值后,翼型的升力将递减。 由於大部份有關失速的討論都與航空有關,以下集中論述失速與飛機(固定翼飛機)的關係。簡單來說,飛機失速意味着机翼上产生的升力突然减少,从而导致飛機的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機失去了前進的速度。.
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层流
层流(Laminar flow)是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为乱流、扰流或紊流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。一般管道雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2100~4000時为过渡状态。.
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伯努利定律
伯努利原理(Bernoulli's principle),又稱柏努利定律、白努利定律(Bernoulli's Law),是流體力學中的一個定律,由瑞士流體物理學家丹尼尔·伯努利於1738年出版他的理論《Hydrodynamica》,描述流體沿著一條穩定、非黏性、不可壓縮的流線移動行為。 在流體動力學,伯努利原理指出,無黏性的流體的速度增加時,流體的壓力能或位能(勢能)總和將減少。 伯努利原理可以應用到不同類型的流體流動,從而是可廣泛套用的伯努利方程表示式。事實上,有不同類型的流的伯努利方程的不同形式的。伯努利原理的簡單形式是有效的不可壓縮流動(如最液體流動),也為移動可壓縮流體(如氣體)在低馬赫數(通常小於0.3)。更先進的形式可被應用到在某些情況 下,在更高的馬赫數(見伯努利方程的推導)可壓縮流。 伯努利定律可以從能量守恆定律來推演。說明如下:在一個穩定的水流,沿著直線流向的所有點上,各種形式的流體機械能總和必定相同。也就是說,動能,位能,與內能的總和保持不變。換言之,任何的流體速度增加,即代表動態壓力和單位體積動能的增加,而在同時會導致其靜態壓力,單位體積流體的位能、內能等三者總和的減少。如果液體流出水庫,在各方向的流線上,各種形式的能量的總和是相同的;因為每單位體積能量的總和(即壓力和單位體積流體的重力位能 \rho g h的總和)在水庫內的任何位置都相同。 伯努利原理,也可以直接由牛頓第二定律推演。說明如下:如果從高壓區域往低壓區域,有一小體積流體沿水平方向流動,小體積區域後方的壓力自然比前方區域的壓力更大。所以,此區域的力量總和必然是沿著流線方向向前。在此假設,前後方區域面積相等,如此便提供了一個正方向淨力施於原先設定的流體小體積區域,其加速度與力量同方向。此假想環境中,流體粒子僅受到壓力和自己質量的重力之影響。先假設如果流體沿著流線方向作水平流動,並與流體流線的截面積垂直,因為流體從高壓區域朝低壓區域移動,流體速度因此增加;如果該小體積區域的流速降低,其唯一的可能性必定是因為它從低壓區朝高壓區移動。因此,任一水平流動流體之內,壓力最低處有最高流速,壓力最高處有最低流速。.
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位流
在流體動力學中,位流(Potential Flow)是指一道速度場是一純量函數(即速度位)的梯度的流。因此,位流的特點是無旋性速度場,這是對於幾種應用的有效近似。位流的無旋性是因為梯度的旋度始終為零的關係。 在不可壓縮流的類型中,位流滿足拉普拉斯方程與位理論。然而,位流也可用來描述可壓縮流。位流近似發生於穩流與非穩流的模型上。 位流應用於:翼型、海浪、電滲流與地下水流的外部流場。對於有強大渦效應的流,位流近似並不適用。.
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前緣延伸面
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空气动力学
氣動力學 (Aerodynamics),是流體力學的一個分支,主要研究物體在空氣或其它氣體中運動時所產生的各種力。.
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马格努斯效应
格努斯效应(Magnus Effect),以他的发现者海因里希·馬格努斯命名,是一个流体力学当中的现象,是一个在流体中转动的物体(如圆柱体)受到的力。.
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黏度
黏度(Viscosity),是黏性的程度,是材料的首要功能,也称动力粘度、粘(滞)性系数、内摩擦系数。不同物质的黏度不同,例如在常温(20℃)及常压下,空气的黏度为0.018mPa·s(10^-5),汽油为0.65mPa·s,水为1 mPa·s,血液(37℃)为4~15mPa·s,橄榄油为102 mPa·s,蓖麻油为103 mPa·s,蜂蜜为104mPa·s,焦油为106 mPa·s,沥青为108 mPa·s,等等。最普通的液体黏度大致在1~1000 m Pa·s,气体的黏度大致在1~10μPa·s。糊状物、凝胶、乳液和其他复杂的液体就不好说了。一些像黄油或人造黄油的脂肪很黏,更像软的固体,而不是流动液体。 黏滯力是流體受到剪應力變形或拉伸應力時所產生的阻力。在日常生活方面,黏滯像是「黏稠度」或「流體內的摩擦力」。因此,水是「稀薄」的,具有較低的黏滯力,而蜂蜜是「濃稠」的,具有較高的黏滯力。簡單地說,黏滯力越低(黏滯係數低)的流體,流動性越佳。 黏滯力是粘性液體內部的一種流動阻力,並可能被認為是流體自身的摩擦。黏滯力主要來自分子間相互的吸引力。例如,高粘度酸性熔岩產生的火山通常為高而陡峭的錐狀火山,因為其熔岩濃稠,在其冷卻之前無法流至遠距離因而不斷向上累加;而黏滯力低的鎂鐵質熔岩將建立一個大規模、淺傾的斜盾狀火山。所有真正的流體(除超流體)有一定的抗壓力,因此有粘性。 沒有阻力對抗剪切應力的流體被稱為理想流體或無粘流體。 黏度\mu定義為流體承受剪應力時,剪應力與剪應變梯度(剪應變隨位置的變化率)的比值,数学表述为: 式中:\tau为剪应力,u为速度场在x方向的分量,y为与x垂直的方向坐标。 黏度較高的物質,比較不容易流動;而黏度較低的物質,比較容易流動。例如油的黏度較高,因此不容易流動;而水黏度較低,不但容易流動,倒水時還會出現水花,倒油時就不會出現類似的現象。.
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霜
是水蒸氣(也就是氣態的水)在溫度很低時,一種凝华現象,跟雪很類似。嚴寒的冬天清晨,戶外植物上通常會結霜,這是因為夜間植物散熱的慢、地表的溫度又特別低、水蒸氣散發不快,還聚集在植物表面時就結凍了,因此形成霜。 科學上,霜是由冰晶組成,和露的出現過程是雷同的,都是空氣中的相對濕度到達100%時,水分從空氣中析出的現象,它們的差別只在於露點(水蒸氣液化成露的溫度)高於冰點,而霜點(水蒸氣凝华成霜的溫度)低於冰點,因此只有近地表的溫度低於攝氏零度時,才會結霜。 在寒帶地區、高山地區的農業災害中,霜害是常見的名詞,為了避免蔬菜結霜之後被凍壞,多需倚賴溫室栽培的技術來增加農產量。 在中國節氣中,每年阳曆10月23-24日之间是霜降。.
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阻力
阻力(又称後曳力或流體阻力)是物體在流體中相對運動所產生與運動方向相反的力。 對於一個在流體中移動的物體,阻力為周圍流體對物體施力,在移動方向的反方向上分量的總和。而施力和移動方向垂直的分量一般則視為升力。因此阻力和物體移動方向恰好相反,像飛機前進時會產生推力來克服阻力的影響。 在航天动力学中,大氣阻力可以視為太空飛行器在發射時的低效率,其影響則是在發射時需要額外的能量,不過在返回軌道時大氣阻力有助於太空飛行器減速,可減少減速額外需要的能量,不過大氣阻力產生的熱量甚至可以將物體熔化。.
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邊界層
邊界層,又称附面层是一個流體力學名詞,表示流體中緊接著管壁或其他固定表面的部份。邊界層是由黏滯力產生的效應,和雷諾數Re有關。 一般提到的邊界層是指速度的邊界層。在邊界層外,流體的速度接近定值,不隨位置而變化。在邊界層內,在固定表面上流速為0,距固定表面越遠,速度會趨近一定值。.
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雷诺数
流体力学中,雷诺数(Reynolds number)是流体惯性力\frac与黏性力\frac比值的量度,它是一个無量纲量。 雷諾數較小時,黏滯力對流場的影響大於慣性力,流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減,流體流動穩定,為層流;反之,若雷諾數較大時,慣性力對流場的影響大於黏滯力,流體流動較不穩定,流速的微小變化容易發展、增強,形成紊亂、不規則的紊流流場。.
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F/A-18黃蜂式戰鬥攻擊機
麥克唐納-道格拉斯F/A-18黃蜂式戰鬥攻擊機(McDonnell Douglas F/A-18 Hornet)是美國海軍所使用一種專門針對航空母艦起降而開發的對空/對地全天候多功能艦載機,由麥克唐納-道格拉斯以諾斯洛普所開發的YF-17「眼鏡蛇」原型機為基礎進一步開發而成,是美國軍方第一架同時擁有戰鬥機與攻擊機身份的機種。對於空間有限、承載機隊數量不多的航空母艦而言,像F/A-18這種角色多變的泛用機種,是非常優秀的配屬選擇,自1983年開始佈署後就逐漸成為美國海軍最重要的艦載機種。在战机世代上,按照原先的欧美标准被归类为第三代战机(现在已和俄罗斯标准统一为第四代战机)。.
渦流
渦流是一個漩渦型的水漩,由反水流的活動形成。絕大多數的渦流,不是很強大。強渦流被稱為Maelstrom,但和渦流是同一個原理,所有有下沉氣流的渦流亦可稱為渦旋(Vortex)。海洋渦流通常是由潮汐引起的,非常小的渦流可以很容易地在浴缸或水槽排水時看到。但這些都和自然形成的渦流性質非常不同。渦流也出現在許多瀑布的下流,著名的例子有尼亞加拉大瀑布。這些渦流相當強,在窄淺的海峽,快速流動的水也會創造強大的渦流,例如日本淡路島與四國島之間鳴門海峽的鳴門漩渦。 在流体力学中,涡流存在一个在r趋近0的区域内像刚体作整体旋转,类似于半径为r0的涡束,通常称为涡核,核外流体流动满足不可压缩流体连续性方程与无旋流动条件。热力学中涡流管也是涡流在生活中的应用。 File:A whirlpool in a glass of water.jpg|在杯中的渦流 File:Niagara_Whirlpool_Spanish_Aero_Car.jpg|尼亞加拉大瀑布下游.
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渦旋
流體動力學中,渦旋(Vortex,複數形Vortices或Vortexes)是指流體順著某個方向環繞直線或曲線軸的區域。這樣的運動模式即為渦流(Vortical flow)。 渦旋是由被擾動的流體,例如液體、氣體和電漿形成。渦旋的例子包含,船舶和尾流中的渦流,以及熱帶氣旋、龍捲風和塵捲風周圍的風。飛機的尾流中會形成渦旋,並且渦旋是木星大氣層中相當明顯的特徵。 渦旋是湍流的主要組成部分。在不存在外力和任何大尺度旋轉中,流體的黏性摩擦會將流動趨向非旋渦旋。這樣的渦旋中,流體速度最快的地方是緊鄰渦旋軸心的區域,並且速度隨距離成反比。流體速度場的旋度,即涡量,在接近渦旋軸的部分極高,但在渦旋的其他區域趨近於0,並且壓力在接近軸時明顯下降。 渦旋形成後可以移動、沿伸、扭曲,並且和其他的渦旋以複雜的方式交互作用。移動的渦旋會帶有角動量和線動量、能量和質量。在穩定流渦旋中,流線和跡線是封閉的。移動或變化中渦旋的流線和跡線經常形成螺线。.
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湍流
湍流(turbulence),也稱為紊流(大陆地区的旧称),是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为--、扰流或紊流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2100~4000为过渡状态。 在管路设计中,湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在热交换器或者反应器设计中,湍流反而有利于热传递或者充分混合。 有效地描述湍流的性质,至今仍然是物理学中的一个重大难题。.
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流体
流体(Fluid)就是在承受剪應力時將會發生連續變形的物體。气体和液体都是流体。流体沒有一定形狀,几乎可以任意改变形態,或者分裂。.
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另见
邊界層
亦称为 分离点,流動分離。