力学的研究报告

时间：2022-10-07 11:59:04 报告我要投稿

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关于力学的研究报告

　　篇一：物理研究性学习报告

关于力学的研究报告

　　物理研究性学习报告

　　航模的制作

　　研究人：张镱朦于馥铭蒋浩楠

　　张世风章文睿张祎文

　　模型飞机空气动力

　　第一节速度与加速度

　　速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞ 加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。

　　第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。

　　没有受力即所有外力合力為零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力為零，与一般人想像不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。第二定律：某质量為m的物体的动量(p = mv)变化率是正比於外加力 F 并且发生在力的方向上。

　　此即著名的 F=ma 公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向產生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大於阻力，於是產生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等於阻力，於是加速度為零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。

　　你踢门一脚，你的脚也会痛，因為门也对你施了一个相同大小的力

　　第三节力的平衡

　　作用於飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不為零，

　　依牛顿第二定律就会產生加速度，為了分析方便我们把力分為X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

　　轴力不平衡则会在合力的方向產生加速度，飞行中的飞机受的力可分為升力、重力、阻力、推力

　　升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產生，阻力由空气產生，我们可以把力分解為两个方向的力，称 x 及 y 方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。

　　弯矩不平衡则会產生旋转加速度，在飞机来说，X轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰

　　第四节伯努利定律

　　伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力越小，速度越小，静压力越大，这裡说的流体一般是指空气或水，在这裡当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力﹝如图1-3﹞，於是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来，以前的理论认為两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法產生那麼大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘

　　当气流通过时机翼的上缘產生”真空”，於是机翼被真空吸上去﹝如图1-6﹞，他的真空还真听话，只把飞机往上吸，為什麼不会把机翼往后吸，把你吸的动都不能动，

　　还有另一

　　个常听到的错误理论有时叫做子弹理论，这理论认為空气的质点如同子弹一般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量於是產生升力，另一个分量往后於是產生阻力﹝如图1-7﹞，可是克拉克Y翼及内凹翼在攻角零度时也有升力，而照这子弹理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子弹”，应该產生向下的力才对啊，所以机翼不是风箏当然上缘也没有所谓真空

　　伯努利定律在日常生活上也常常应用，最常见的可能是喷雾杀虫剂了﹝如图1-8﹞，当压缩空气朝A点喷去，A点附近的空气速度增大静压力减小，B点的大气压力就把液体压到出口，刚好被压缩空气喷出成雾状，读者可以在家裡用杯子跟吸管来试验，压缩空气就

　　靠你的肺了，表演时吸管不要成90度，倾斜一点点，以免空气直接吹进管内造成皮托管效应，效果会更好。

　　飞行原理

　　飞机从地面滑跑到离地升空，是由于升力不断增大，直到大于飞机重力的结果。

　　篇二：高等流体力学报告

　　界限内自然对流和辐射的共轭传热

　　摘要

　　对有有限厚度导热墙壁的空腔底部局部加热的对流——辐射换热进行了数值研究。由对流与辐射引起的热交换被视为是外部热交换的决定性部分。研究了诸如格拉晓夫数、瞬时因素、光学厚度、以及固体平壁导热系数（包括诸如流线与温度场的局部热流体规格参数和类似的热源表面上的平均努塞尔数字积分参数特征）的参数影响。

　　关键词：共轭传热，自然对流，辐射，热源，界限

　　文章概要

　　1. 引言

　　2. 问题的声明及解决方法

　　3. 结果和讨论

　　3.1. 格拉晓夫数的影响

　　3.2. 瞬时因素的影响

　　3.3. 光学厚度的影响

　　3.4.导热系数比的影响

　　4. 结论

　　1. 引言

　　对于界限内自然对流的研究已有很多。描述涡结构的形成与演化以及温度场动态的典型热力学模型发生了演变。通过大量的实验结果证实了理论。但实际上，一个流体自然对流和固体热传导干扰的调查，获得了坚实的成功。共轭热传递问题既涉及到建筑热物理和微电子。这些问题有几个解决方案。对二维方形有限空腔墙体内自然对流的热传导作用的效果进行了实验和数值研究，其中空腔具有有限墙电导，空气作为空腔内的流动工质。获得了在环境温度恒定，且在不采取对流热交换的情况下两个壁等温和两个壁绝热的结果。在内部有离散加热器位于有限厚度墙壁的的开放空间内进行了数值研究。离散加热器最佳位置的确定依赖于雷诺数数、墙的热传导性比、腔长宽比和壁的厚度。无论是在一个正方形外壳还是在一个半圆孔中，热流体动力参数壁厚的根本作用皆被揭露。对有限壁厚的有限空间内水对流的紊态瑞利数进行了研究，得到了描述瑞利数的作用和的墙壁导热性的典型的速度场和温度场。

　　本报告的重点是自然对流和辐射的数值模拟在气腔和一个外壳的墙壁热传导热在上腔底部源的存在和对对流辐射热交换假设一个环境。

　　2. 声明的问题及解决方法

　　图1给出本研究项目的几何图形。

　　图 1示意图的问题：1—墙壁; 2—气体; 3 —热源。

　　研究对象是以实心墙为界的有有限厚度和电导率的外壳。其中热源空腔底部保持在恒定的温度。外壳与环境对流-辐射热交换参照外表面即х= 0处，其他外部边界都假定为绝热。

　　假设分析，该实心墙的热物理性能和流体是温度独立的流动层。假设流体是牛顿流体，粘度、导热、散热和颤动假设是有效的。流体运动和传热的腔被假定为三维。热辐射热交换源和墙壁之间是一层厚的光学近似的基础上为蓝本。在该方法中的发光，可

　　考虑像一些连续的光子，

　　即是假设有可能在任何媒介元素以及在分子传导的情况，只有它直接影响到邻近的元素。在这种条件下，辐射能量转移可比喻为扩散转移。

　　图1所考虑的热区是由非稳态三维腔中的气体对流的近似方程组的管辖，其中在能量平衡方程描述辐射是基于近似的基础上确定的方法。非稳态三维能量方程具有非线性边界条件适用于热传导仿真中使用的实心墙。

　　除Θ= 1

　　的热源温度，在整个过程Θ(X,Y,Z,0) = 0。

　　边界条件为：（对流与辐射热交换的环境是按照在墙上x = 0时的情况）

　　在剩下的方程（8）隔热外墙设置条件：

　　在流体与固体平行于XZ平面的界面：

　　在流体与固体平行于XY平面的界面：

　　在流体与固体平行于YZ平面的界面：

　　符合相应初始条件和边界条件的平衡方程(1), (2), (3), (4), (5), (6), (7) 和 (8) 采用有限差分方法解决。

　　不同的条件下测试了解决问题的方法，测试了自然对流和辐射共轭等问题。结果吻合了公布的数据。

　　3. 结果和讨论

　　边界值问题（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）及（8）已进行了描述对流-辐射传热在外壳的基本模式诸如Gr = 105–107；Pr = 0.7； τλ = 50, 100, ∞； k2,1 = 0.037, 0.0037的无量纲配合物的数值分析。无量纲温度Θe = 1；Θhs = 1；Θ0 = 0。

　　3.1. 格拉晓夫数的影响

　　图2中显示了层流情况下温度场在τ = 300, Y = 0.3时不同格拉晓夫数的影响。空腔内气体运动流线方向用箭头表示。

　　图2. Y = 0.3,

　　τ = 300, τλ = 50, k2,1 = 0.037: Gr = 105 – а, Gr = 107 – b时的流线Ψ和等温线Θ

　　Y = 0.3 且Gr = 105 (图. 2, a)时气体空腔内形成两个对流单元。这些单元位于气体空腔底部的热源和对流-辐射换热的外部边界X=0处。代表左转气体流动的旋转从第二个循环开始不同，在核心部位流速高，还涵盖更大的范围。这样非对称的原因是温差从界限x = 0的低温边界处深入到外壳。气体冷却腔最密集的左上角三面角度处的热源影响是微不足道的。同时反映在―等温线协调最大值‖位移处的高低温相互作用是可看见的。例如，相应无量纲温度的等温线(Θ = 0.1)的―坐标顶部‖被偏移到正确的墙壁。

　　格拉晓夫数增加到Gr = 107(图. 2, b)导致流线场和温度场的重要修改。在气体空腔内形成两个循环，空气循环的强度大大增加。空间的位移和这些对流单元核心取向的改变是与浮升力的增加联系在一起的。在中央部分和和气体洞的周边区域上保存了上升和停着的流程的位置。中间位置和在气体空腔周边地区的上升、下降气流的位置是固定的。对流柱的升位是由上述在其核心部分热源热喷流形成的。还有更多是由于气体增加运动速度而产生的空腔顶部边界更密集的加热。例如，相应的无量纲温度等温线(Θ = 0.3) 限制了空腔顶部比中央腔部分更大的区域。后者反映在一些相应的无量纲温度等温线（Θ= -0.05），这等温线近乎空腔固体壁面。同时，靠近墙壁的热喷流等温线说明下降的对流流程的存在。

　　图3显示Z = 0.38 时的流线场和温度场。

　　图3.Z = 0.38, τ = 300, τλ = 50, k2,1 = 0.037: Gr = 105 – а, Gr = 107 – b.时的流线Ψ和等温线 Θ。

　　格拉晓夫数从105至107（图3）反映在对流单元中为对流循环速度的增加。观察第八单元的平稳的水力结构的形成，温度场发生了本质上的变化。气体空腔中心行成了热喷流，径向热喷流对空腔加热。在空腔三角区域原始的―热花瓣‖的形成是与传热过程的水动力结构即与这些区域的滞后流动是有联系的。

　　篇三：生活中的力学研究性报告

　　生活中的力学

　　飞机为什么能在空中飞行而不掉下来？你也许会说：“飞机有翅膀，像鸟儿一样，当然不会掉下来啊！”可是鸟儿的翅膀会煽动翅膀，而飞机的翅膀是不会动的，为什么飞机仍然不会掉下来？

　　其实飞机之说以能够飞起来，原因就在于它的机翼。

　　飞机前进时，机翼与周围的空气发生了相对运动，相当于有一股气流迎面流过机翼被分成上下两个部分。由于气流经过机翼的横截面上表面与下表面时的距离不等，要想两股气流同时通过机翼表面，经过上表面的空气流速须要快于经过下表面的空气流速，导致较快流速的空气对机翼的压强较大。由公式F=pS知，压强越大，压力越大，得出机翼上表面所受压力大于下表面所受压力，出现了压力差，这便是升力，也就是飞机能够飞起来的力之一。

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