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登錄空氣阻力的案例
基于ADINA的汽車空氣阻力系數計算
基于ADINA的汽車空氣阻力系數計算
導入汽車模型
是為了演示空氣阻力系數的計算方法。首先導入一個汽車模型,如下圖所示,此汽車模型是經過簡化的。
點擊菜單ADINA-M>Import Parasolid Model,導入car_simple.x_t。
建立流場空間
點擊菜單ADINA-M>Define Body,如下圖所示建立一個立方體。
點擊菜單ADINA-M>Boolean Operator,如下圖所示用第二個body減去第一個body,剪完之后剩下的部分就是真正的流場空間。注意,目前只有parasolid體才可以做布爾運算。
進入流體模塊,進行設置
在功能選擇模塊做如下設置,進行流場的穩態計算。
點擊菜單Model>Flow Assumptions,在打開的窗口中做如下設置,表示三維模型、不考慮熱、采用SA湍流模型。
定義材料
點擊菜單Model>Materials>Manage Materials,在打開的窗口中點擊Spalart-Allmaras Model,定義一個SA湍流模型的材料。僅輸入粘度和密度就可以,其它參數均采用默認值。
展開 案例解析|滑雪運動員空氣阻力分析
參考坐標系(如下圖所示):
原點設置為對象的中心,軸與空氣矢量對齊。
力矩
根據3D模型中定義的全局坐標系計算力矩。力矩也具有摩擦力和壓力分量,圍繞X,Y和Z軸計算結果如下表所示。
阻力系數
阻力或空氣阻力是空氣對運動物體的阻礙力。它由壓力阻力(表面法向推/拉力)和摩擦阻力(在表面上滑動)組成。在大多數情況下,壓力阻力占主導地位。
阻力系數是無量綱量,表示物體在其介質中移動時的空氣動力學阻力。 它的定義如下:
下面的比例說明了典型的Cd值(NASA和維基百科)。流線型的物體將具有較低的Cd,流線型較差物體將具有較高的Cd,本項目的Cd值區域如下所示:
注意:這是一個指示性數字,主要用做區分概念。
力和力曲線
通過近似阻力系數,物體上的實際拖曳力Fd以及推動它所需的功率可根據以下公式計算:
本項目中,力和功率曲線如下所示:
注意:此曲線是基于模擬風速的外推估算,
要獲得外推速度下更精確的值,請對該速度工況進行模擬。
展開 模擬一個小球的下落過程[含空氣阻力]
'fontname','times new roman');
Td=text(-4.2,1.8,'t=0 s','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.9]);
Te=text(-4.2,1.2,'h=5.3 m','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.8]);
Tf=text(-4.2,0.6,'v=0 m/s','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.8]);
dz=x+i*y;
qz=0.5+5.3*i;
tp=linspace(0,pi*2,100);
qa=qz+0.08*exp(i*tp);
hF=fill(real(qa),imag(qa),'k');
axis([-4,4,0,7]);
axis equal;
g=9.8;% 重力加速度
f=0.01; % 空氣阻力系數
v=0;
t=0;dt=0.014;
while t<20;
v=v*(1-f);
qz=qz+v*dt-0.5*g*dt^2*i;
v=v-g*dt*i;
qa=qz+0.08*exp(i*tp);
set(hF,'XData',real(qa),'YData',imag(qa));
Dd=abs(qz-dz);
if min(Dd)<0.18;
zy=linspace(-0.09,0.09,200)*exp(i*angle(v))+qz;
Fxy=Fun(real(zy),imag(zy));
[qq,Ka]=min(abs(Fxy));
zp=zy(Ka);
An=atan(Df(real(zp)))-pi/2;
An=An+pi*(An<0);
展開 什么是風阻系數?
空氣阻力系數,又稱風阻系數,是計算汽車空氣阻力的一個重要系數。空氣阻力是汽車行駛時所遇到最大的也是最重要的外力。它是通過風洞實驗和下滑實驗所確定的一個數學參數, 用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力。風阻系數的大小取決于汽車的外形,風阻系數愈大,則空氣阻力愈大。現代汽車的風阻系數一般在0.2-0.5之間。
風阻是車輛行駛時來自空氣的阻力,一般空氣阻力有三種形式,第一是氣流撞擊車輛正面所產生的阻力,就像拿一塊木板頂風而行,所受到的阻力幾乎都是氣流撞擊所產生的阻力。 第二是摩擦阻力,空氣與劃過車身一樣會產生摩擦力,然而以一般車輛能行駛的最快速度來說,摩擦阻力小到幾乎可以忽略。第三則是外型阻力,一般來說,車輛高速行駛時,外型阻力是最主要的空氣阻力來源。外型所造成的阻力來自車后方的真空區,真空區越大,阻力就越大。 一般來說,三廂車的外型阻力會比旅行車小。
風阻系數可以通過風洞測得。當車輛在風洞中測試時,借由風速來模擬汽車行駛時的車速,再用測試儀器來測知這輛車需花多少力量來抵擋這風速,使這車不至于被風吹得后退。在測得所需之力后,再扣除車輪與地面的摩擦力,剩下的就是風阻了,然后再以空氣動力學的公式就可算出所謂的風阻系數。
當然了,這是一個理論值的運算公式,實際測試的時候當然還會有更多的不確定因素引入。但是從這個基礎公式中我們也不難發現,在同樣的車速下,空氣密度是一定的,同級別車型的正投影面積其實也差不多,所以真正影響到風阻大小的就是風阻系數。通過實際測算,車速100km/h的時候,大概有60%的動力輸出都被用來抵抗風阻,這也是為什么各大廠家要在降低車輛風阻系數上花大功夫的原因。
一般車輛在前進時,所受到風的阻力大致來自前方,除非側面風速特別大。不然不會對車輛產生太大影響,就算有,也可通過方向盤來修正。風阻對汽車性能的影響甚大。
展開 
流體力學在汽車車身設計中的應用
在汽車制造領域,借助流體力學可以優化車身的設計,降低車身的空氣阻力,提高燃油的經濟性。
一、借助流體力學分析汽車的空氣阻力
汽車在行駛過程中,會受到空氣的阻力,空氣阻力和汽車行駛的方向相反,由于阻力的存在,影響汽車行駛時的燃油消耗。
空氣阻力分為摩擦阻力和壓力阻力兩種,其中壓力是空氣阻力的主要組成部分,通常所占的比例可以達到90%以上,對汽車的行駛產生影響。空氣具有流動性,并且空氣有粘性,粘性物質在發生流動時,層和層之間會發生作用。汽車行駛時,空氣和車身接觸在車身表面會有切向力產生,這種情況產生了摩擦阻力,摩擦阻力是汽車在行駛時產生的分力;車身的表面存在法向壓力,這些合力形成了壓力阻力。阻力可以分為多種形式,如形狀、干擾、內循環和誘導等,在所有的阻力中,形狀阻力起到了最主要的作用,因此這也是構成壓力阻力的主要內容。形狀阻力和車身的形狀有關,汽車的空氣阻力主要和車身的形狀有關;干擾阻力與車身的表面凸起形狀有關。內循環阻力是車體內部空氣流動時產生的阻力,誘導阻力是由于空氣在車頂和車底的流動速度差產生的。
空氣阻力可以直接影響到汽車的油耗,因此為了降低汽車的油耗就要盡可能降低汽車在行駛時的空氣阻力,油耗的降低可以降低有害物的排放,汽車的行駛成本也可以降低。空氣阻力和阻力系數有著直接的關系。在當前的汽車設計中,計算空氣阻力通常采用流體仿真的方式,依據動力學,建立流體物理模型,分析流體運動時的阻力情況。當前,由于計算機技術的發展,可以借助軟件完成相關的分析。
展開 汽車中的空氣動力學
船型車風阻并不小,甚至和流線型車相比還有所倒退,但它最大的優點是高速行駛時抗側風能力很好,而且這個時期發動機技術提高不少,帶來的阻力增加不算是太大的問題,所以二戰后船型車相當長一段時間風靡世界。今天的部分車仍然帶有少量船型車的影子,比如雪佛蘭科邁羅。由于船型車尾部是直切下去的,會產生渦流,渦流會帶來很大的阻力,所以使船型車的車尾傾斜便形成了魚形車(快背式車)。魚形車阻力是降低了,可惜把流線型車抗側風能力差的缺點又找回來了,而且車尾強度很差,所以魚形車很快就被淘汰了。
到了上世紀70年代,偉大的楔形車終于大量進入百姓家中,這種車把低阻力和抗側風能力差這對矛盾給化解了!回到正題那么何為空氣動力學呢?學術界給出的定義是這樣滴,空氣動力學,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而產生各種力。簡單來說,就是物體在運動時與空氣接觸而產生的各種力,有些力可能是“好力”,但有些力可能是“壞力”,會阻礙物體的運動。而這些壞力,也就是我們老說的“空氣阻力”。而這些個“壞力”,就是由于空氣密度和它自身的黏性特質等因素而造成。開頭說了,這貨很高逼格。其實,它就真的很高逼格!能非常精通和熟練運用確實需要花大工夫和力氣去鉆研。話說回來,空氣動力學到底對車輛的行駛有何影響呢?不論是在在民用汽車領域還是在賽車領域,空氣動力學設計對于降低風阻、提升車速、節約油耗、減少噪音和增強行駛穩定性等方面都非常重要。為了讓大家更清楚,我來舉個栗子。車輛的行駛阻力通常主要是空氣阻力和滾動阻力(就是我們車輪與地面接觸產生的摩擦力),當一輛汽車以80km/h的速度行駛時,約有60%的阻力來自空氣。而當速度攀升至200km/h,空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%。足以可見,車輛克服空氣阻力的必要性。
展開 離開了力學的計算分析,武器的射程和精度還能保證嗎?
定型的機槍,子彈射出的速度基本是不變的,已知初速度、子彈質量,射擊角度,忽略空氣阻力的影響,那么可以精確計算出子彈的軌跡。子彈在重力的作用下,作的是拋物線運動。
子彈的拋物線軌跡
不過,對于遠程或者子彈較輕的機槍來說,空氣阻力的影響就不可忽視了。空氣阻力與子彈的外形和速度有關,流線型的阻力較小,速度低的阻力也小。一般來說,有一個空氣阻力的力學模型,把該模型引入到子彈軌跡的計算中,就可以得出考慮空氣阻力的子彈的軌跡了。另外,我們也可以用CFD流體模擬子彈在空氣阻力情況下的運動。
子彈的空氣阻力
導彈射擊的力學分析
導彈的射擊依靠的是自帶的推進系統,與機槍發射原理不一樣。所以,導彈的射程取決于推薦系統所帶的燃料,導彈的射擊精度還得依靠力學計算。無論是何種形式的制導系統,想要打擊指定的目標,就需要對推進力的大小和方向進行控制,其實就是控制導彈的飛行軌跡。
導彈的精度離不了力學的計算
魚雷射擊的力學分析
海上演習,自然離不開魚雷。魚雷在水下發射,并且可以自行控制方向。魚雷的射擊與導彈類似,都是自帶燃料發射的。不一樣的對方在于,導彈的發射,空氣阻力相對較小。而魚雷的發射,水的阻力要大的多。所以想要魚雷射的準,就必須考慮水阻力的影響。此外,魚雷在水中游行,水的浮力也必須考慮在內。只有將所有力學因素都考慮進去,方才可以精確控制魚雷,提高其射擊精度。
魚雷的發射
總結
通過本文的介紹,武器射擊想要射的遠、射的準,都離不開力學的計算分析。
展開 私人飛機高手介紹:旋翼機的空氣動力學
垂直于飛行路徑的是旋翼升力,平行于飛行路徑的是空氣阻力。為了推出整體的飛行器空氣阻力反應,必須把機身空氣阻力計算在內。
圖 16-7.在向前飛行時旋翼機的旋翼系統所受的氣動合力方向與直升機相反
[旋翼升力]
旋翼升力可以簡單的想象成為支撐飛行器重量的升力。當翼面產生升力的同時,空氣阻力也就伴隨著產生了。對一個給定的翼型,最有效的攻角是產生最大升力和最小阻力的角度。然而旋翼槳葉并不是工作在這種有效的角度,在每一圈的旋轉過程中攻角都在發生變化。而且,旋翼系統必須保持一定的自旋槳距以持續地產生升力。有一些旋翼機安裝了小的附加機翼以便在較高巡航速度飛行時產生升力。這些附加的機翼產生的升力可以作為旋翼升力的補充,甚至可以完全取代旋翼升力。
[旋翼空氣阻力]
合成的旋翼空氣阻力是作用在槳葉的每個槳葉位置上的旋翼空氣阻力的總合。每一個槳葉位置的貢獻根據速度和角度的不同而不同。當旋翼槳葉旋轉的時候,根據不同的位置,旋翼速度,飛行速度等的不同空氣阻力也在不斷的快速變化。槳盤攻角的變化可以快速有效地影響空氣阻力的變化。
旋翼阻力可以分為誘導阻力(induced drag)和翼型阻力(profile drag)。誘導阻力是升力的結果,而翼型阻力是旋翼轉速的函數。由于誘導阻力旋翼產生升力的結果,翼型阻力可以被看作是不產生升力時的旋翼阻力。這個阻力可以被理解成在不產生升力的情況下,預旋時為了達到給定的飛行轉速所要克服的空氣阻力。在具備對稱翼型和可變槳距的旋翼機上,這種工作狀態可以通過設置旋翼攻角為 0°實現。對于安裝非對稱翼型和固定槳距角的旋翼系統,必須在預旋時克服誘導阻力。而大多數的業余制作的安裝蹺蹺板的旋翼系統正是屬于這一類。
[推力]
自旋翼機的推力定義為螺旋槳產生的氣動力中平行于相對來流的分量。
展開 高鐵為什么長這樣?力學,力學,還是力學!
高速列車采用流線型頭型,目的是優化其空氣動力學性能,降低空氣阻力、壓力波、噪聲等,提高運行速度。
上方為中車長春軌道客車股份有限公司生產的中國標準動車組;下方為二十世紀九十年代之前生產的“綠皮”火車
那么,列車運行時的空氣阻力到底有多大?有必要這么重視嗎?
列車高速運行時受到的空氣阻力
列車正常運行時,行駛阻力一般包括輪軌滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速時的慣性阻力,在低速運行時,輪軌阻力占主要部分,但隨著列車運行速度提高,空氣阻力將增加,當列車速度超過200公里/小時后,其將成為列車運行阻力的主要部分。
日常生活中,我們都有這種經歷:在微風中逆風行走,我們幾乎不會意識到風的阻力存在。然而,若是在5級以上的大風中逆風而行,風的阻力之大,就會讓我們體會到什么叫寸步難行了。
列車運行時受到的空氣阻力與速度的平方成正比,因此,中、低速“綠皮”列車運行就好比我們在微風中行走,設計人員基本上不用專門去考慮空氣阻力的影響。
可是,對于時速200公里以上的高速列車,情形可就不一樣了,空氣阻力可以占列車行駛阻力的75%以上,設計者通常需要利用空氣動力學原理,通過流線化車頭、車身、車體附屬部分來盡量減少空氣阻力。
空氣阻力由三部分組成:一是列車車頭迎風受到的正面壓力,列車尾部由于空氣尾流引起空氣稀薄而產生的向后的拉力,這樣由于頭部及尾部壓力差形成的阻力稱為壓差阻力;二是由于空氣粘性而引起的作用于車體表面的摩擦阻力;三是有車輛轉向架、車頂設備、門窗、車廂間鏈接風擋等車輛表面凹凸結構引起的干擾阻力。
高速列車車頭設計成流線型的主要目的是為了減小壓差阻力。這個設計思想和飛機的外形設計差不多。然而,流線型也是各種各樣的。到底什么樣的車頭形狀更合適?
展開 關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種:空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種:縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面:
1)汽車動力性::汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度;
2)汽車經濟性:氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量;
3)汽車操縱穩定性:升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識:一臺新車設計好后,需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1)汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞:為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2)、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞:不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞;一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3)可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞;
4)那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題:1)研究汽車空氣動力特性:汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性;汽車上的力及力矩;2)通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析,研究汽車各部位的流場;3)發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性;4)駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力:汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高,空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種:空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種:縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面:
1)汽車動力性::汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度;
2)汽車經濟性:氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量;
3)汽車操縱穩定性:升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識:一臺新車設計好后,需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1)汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞:為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2)、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞:不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞;一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3)可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞;
4)那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題:1)研究汽車空氣動力特性:汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性;汽車上的力及力矩;2)通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析,研究汽車各部位的流場;3)發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性;4)駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力:汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高,空氣阻力所占比例迅速提高。
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空氣動力學在汽車造型設計中的運用
船型汽車尾部過分向后伸出,形成階梯狀,在高速時會產生較強的空氣渦流。為了克服這一缺陷,人們把船型車的后窗玻璃逐漸傾斜,傾斜的極限即成為斜背式。由于斜背式汽車的背部想魚的脊背,故被稱為“魚型汽車”(圖5) 。
魚型汽車的背部和地面的角度比較小,尾部較長,圍繞車身的氣流比較平順,渦流阻力較小。同時,其側面的形狀阻力也較小。但由于其造型關系,在高速時會產生一種升力,使車輪附著力減小,從而抵擋不住橫風的吹襲,發生偏離的危險。為了克服這一缺陷,可以將其尾部截短,也可以在尾部安上一只翹翹的“鴨尾”,以克服一部分升力。
(6) 楔型汽車。
為提高汽車在高速行駛時的安全性,在減小空氣阻力的同時,利用空氣動力規律改善汽車行駛穩定性也成為研究的重要課題。車身發展成為楔型就是追求空氣動力性能的有效措施。楔型汽車將車身整體向前下方傾斜,車身后部象刀切一樣平直,這種造型能有效地克服升力。從空氣動力學的角度來看,楔型汽車(圖6) 造型已接近理想的造型,這種空氣動力性優化的汽車成為80 年代車身造型的主導方向。
空氣動力學在車身造型上的應用
根據車身造型的發展情況可以看到,空氣動力學原理在車身造型設計中的應用已經成為造型構思的重要依據。為了減少空氣阻力系數,現代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉折線。
展開 汽車風阻系數的水很深,一篇文章幫你理性吃瓜
一、什么是風阻系數
初中學過,物體在空氣中運動會受到摩擦力。
大學時候我們又學了一個概念,叫“壓差阻力”。即前方空氣受到擠壓形成高壓區,而后方由于氣流分離形成低壓區,前后壓力差產生的阻力。
因此定性地說:物體受到的總空氣阻力等于摩擦阻力+壓差阻力。速度越快,壓差阻力越明顯。
而定量地計算,總空氣阻力為:
嘿,你關心的“風阻系數”就出現了,就是上圖中的Cd,阻力系數。
有的資料還叫它“空氣阻力系數”、“氣動阻力系數”、“空氣動力學阻力系數”或者“形阻系數”。別迷糊,只是孫悟空和孫行者的區別。
二、風阻系數影響什么
主要是能耗。
航空屆歷來非常關注風阻系數,畢竟飛機在天上受到的阻力就只有空氣阻力。對更小阻力更大升力飛機的不懈追求,也極大促進了計算流體力學CFD的工程化應用。
但飛機畢竟太高,汽車才是普通人的好朋友。
低速行駛時,汽車受到的阻力主要是地面給輪胎的滾動阻力。但速度超過80km/h后,風阻占比就會超過一半。時速到120km,風阻占比甚至可達80%。
可以這么說:你跑高速時,斥巨資加的油充的電,基本都被風吹走了。
對新能源汽車來說,風阻系數每降低0.01,續航里程就能提升將近10km。
除了能耗,還有駕駛體驗。比如噪音,風噪通常和風阻成正相關。風阻太大,說話只能靠吼。
再比如加速性能,阻力大,汽車加速度自然減小,推背感瞬間減弱。
總之,減小風阻能讓汽車省錢又舒適,還不需要增加任何零件,性價比可謂頂天高。車企也都會成立空氣動力學優化團隊,猛攻風阻系數。
三、什么影響風阻系數
很復雜。
車身后視鏡、門把手、車頂天線、雨刷器等伸出物都會增大風阻,但完全去掉又不現實。
流線型車身能推遲氣流分離,降低壓差阻力。
展開 身邊的力學-羽毛球是如何調頭的?Abaqus/Explicit動態+流固耦合分析 ¥99.9
是的,我們忽略了一個極其重要的因素:空氣阻力。
由于打擊過程考慮了羽毛球的變形,再考慮流固耦合的話,計算耗時巨大,我們就單純的分析羽毛球姿態變化而言,合理地簡化一下這個過程:
a. 假設羽毛球從接觸到離開網拍的過程中(1ms左右),空氣對羽毛球的離拍速度影響可以忽略不計;
b. 假設離拍后空氣和羽毛球的相互作用過程中,空氣阻力致使羽毛球的變形是極小的,并且對于姿態分析是無關緊要的。
拋去這些次要因素,再通過流固耦合方法來分析羽毛球的姿態變化就簡單多了,在這個分析過程里,羽毛球考慮為剛體,剛體上的拉格朗日網格與空氣域的歐拉網格進行相互接觸。我們以前面的仿真為基礎,取離拍的瞬間,球頭豎直向下、初始速度60m/s,方向水平作為流固耦合分析時羽毛球的初始狀態。
注意,為了節省計算時間,這里僅對羽毛球可能劃過的區域進行空氣域建模,歐拉邊界離相互作用區域比較近,針對這個問題而言,要對所有面設置無反射邊界條件。
羽毛球姿態變化的CEL分析
通過Abaqus/Explicit計算可以得到羽毛球的姿態在空氣阻力作用下,調整為指向球頭的狀態。
羽毛球在空氣中的運動
并且,羽毛球的速度在80ms內降到了20m/s,這個過程中它向前運動了2.3m左右,這樣看起來就比較正常了,在后面的運動過程中,它還會持續受到空氣阻力的作用,繼續減速,最終獲得穩定的下落速度(理想空間內,不受其他阻礙的狀態下)。
羽毛球劃過的流場(剖面)
Abaqus算得羽毛球的姿態變化過程
這個調頭動作得益于羽毛球的形狀與質量分布特點,也即是其壓心與質心的位置關系能夠很好地滿足靜穩定飛行要求。
展開 『分享』汽車尾翼的設計
還有一種產生下壓力的方法是將尾翼前端微微向下傾斜,雖然這種設計會比水平式的尾翼產生更大的空氣拉力,但是在調節下壓力大小的方面卻較有彈性。
人們經常談論某個汽車的尾翼(正確名稱應為擾流板)很漂亮, 很多人也故意裝上擾流板。到底有多大作用呢?
實際上, 汽車在低速時, 氣流對汽車的影響較小, 擾流板的作用不大,所以較小的汽車(小于2.0L 的引擎的汽車)裝擾流板的意義不大。然而, 如果你的車的速度經常超過90KM/h, 這時空氣阻力明顯地影響著汽車的行駛性能。那么擾流板的作用就比較明顯了。
問題的提出:
現代轎車的經常時速已達100公里左右,最高時速更達200公里以上,因此轎車的車身設計既要服從空氣動力學,要有盡量低的空阻系數,又要采取措施,在車身的前后端安裝導流板和擾流板,以保證轎車的行駛安全。
原理借鑒:
在空氣動力學上,有法國物理學家貝爾努依證明的一條理論:空氣流速的速度與壓力成反比。也就是說,空氣流速越快,壓力越小;空氣流速越慢,壓力越大。例如飛機的機翼是上面呈正拋物形,氣流較快;下面平滑,氣流較慢,形成了機翼下壓力大于上壓力,產生了升力。如果轎車外型與機翼橫截面形狀相似,在高速行駛中由于車身上下兩面的氣流壓力不同,下面大上面小,這種壓力差必然會產生一種上升力,車速越快壓力差越大,上升力也就越大。這種上升力也是空氣阻力的一種,汽車工程界稱為誘導阻力,約占整車空氣阻力的7,雖然比例較小,但危害很大。其它空氣阻力只是消耗轎車的動力,這個阻力不但消耗動力,還會產生承托力危害轎車的行駛安全。因為當轎車時速達到一定的數值時,升力就會克服車重而將車子向上托起,減少了車輪與地面的附著力,使車子發飄,造成行駛穩定性變差。
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