題:
Kutta-Joukowski定理是否有物理論據?
Dat
2017-08-27 16:27:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我正在做以下練習:

考慮不粘稠,不可壓縮的穩定流動。 Kutta-Joukowski定理 $$ L'= \ rho_ \ infty V_ \ infty \ Gamma $$ span>其中

  • $ L'$ span>是單位跨度的升程
  • $ \ rho_ \ infty $ span>是自由流壓力
  • $ V_ \ infty $ span>是速度
  • $ \ Gamma $ span>是圍繞舉升缸的情況

得出的圍繞人體的循環。公式 $ L'= \ rho_ \ infty V_ \ infty \ Gamma $ span>通常也適用於 $ 2 $ span >任意形狀的三維物體。儘管此一般結果可以用數學方法證明,但也可以通過進行物理論證來接受。通過在物體周圍繪製一條閉合曲線來作出這種物理論點,其中閉合曲線與物體之間的距離非常遠,以至於透視圖中物體在閉合曲線所包圍的區域的中間成為很小的斑點。 / p>

這是作者的解決方案:

可以通過奇異點(即點源或旋渦)的適當分佈來合成流過機翼的氣流。渦流的強度加在一起,得出翼型周圍的總循環 $ \ Gamma $ span>。 $ \ Gamma $ span>的值沿翼型的所有閉合曲線相同。在這種情況下,機翼將成為頁面上的斑點,而分佈點渦流則顯示為強度為 $ \ Gamma $ span>的一個更強的點渦流。這恰好等於圓柱體情況下的單點渦旋,以及翼型上的升力,其中循環被視為總 $ \ Gamma $ span >與圓柱體相同,即方程式 $ L'= \ rho_ \ infty V_ \ infty \ Gamma $ span>。

作者的頭像:

enter image description here

我理解作者的解決方案,直到說出以下內容:

以循環為總 $ \ Gamma $ span>的機翼上的升力與圓柱體上的升力 >。

等式 $ L'= \ rho_ \ infty V_ \ infty \ Gamma $ span>是從圓柱體派生的在這種情況下,我們必須對氣缸表面上的壓力分佈進行積分。但是我還不明白為什麼機翼上的升力對於圓柱體是一樣的如作者所說。

你能告訴我這是哪本書嗎?
@ÉlioPereiraFunda,J.D。Anderson第五版的“空氣動力學基礎知識”。這是第3章末尾的問題之一。
二 答案:
Peter Schilling
2017-11-18 08:39:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

標題中提出的問題是關於空氣動力學學科的重大辯論之一(您可以通過編輯該答案的次數看到它仍然在我的腦海中迴盪)。如果您已經在安德森(Anderson)上走了這麼遠,並且正在進行這種查詢,那麼您必須閱讀 McClean。前300個左右的頁面基本上專門用於回答這個問題。基本上:是的,有一個物理上的論點(請參閱PeterKämpf的 answer和Anderson 4.5),但是說通過循環引起會產生升力太過費力(Anderson請參見第3.16節中的註釋)。

讓我轉向您的具體示例。 不幸的是,我認為安德森(Anderson)試圖將數學納入物理學,而不是從物理學入手,並描述了為什麼數學是一個很好的表述(麥克林從一開始就打算這樣做)。 “通過在身體周圍繪製一條閉合曲線來進行物理論證……”基本上告訴我們首先使用數學構造來進行物理論證,對我而言,這實際上並沒有對物理學產生任何啟示。此外,我們應該考慮無限距離(對身體沒有幫助),“頁面上的斑點”(與氣流無關),而實際上只是使用$ \ Gamma $(已定義純粹在數學上)而不是描述物理流場。簡而言之,這裡最接近“物理”論點的是或多或少地表示,從足夠遠的地方觀看時,任何兩個事物看起來都是相同的。這種解釋對我來說似乎並不令人信服。如果您在母牛的輪廓周圍放置許多小渦流,然後將其減小為“頁面上的斑點”,母牛會產生與翼型相同的升力嗎?為了獲得物理上的升力,我們需要保持靠近舉升體,並確定為什麼它們的特定幾何形狀會產生產生升力的流場。 (例如,考慮為什麼我們需要在機翼上而不是在汽缸上使用Kutta條件。)

實際上,數學證明(基於等角映射)使用了相同的條件安德森提出的基本“物理”論點。但是,共形映射往往更像是一個研究生級別的主題,因此請當心,感覺您需要了解所有基礎數學知識。

總之,安德森在這裡做得不好物理上的解釋為什麼機翼具有與氣缸相同的升力。如果您真的想了解物理學,請閱讀McClean。安德森的“物理”論點實際上只是一種簡化的數學論點。

Peter Kämpf
2017-11-23 02:26:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

在我參加的一次演講中,作者提出了令人信服的論點,即只有在滿足Kutta定理時,氣流才能平行於後緣方向流動。 $ \ Gamma $ span>的所有其他值都將導致流嘗試繞後緣流動,並且如果沒有分隔,這樣做實際上是不可能的。如果試圖計算遵循規則後緣輪廓的流量,則需要一定量的吸力,即使通過真空也無法產生這種吸力。只有滿足Kutta定理,才能在數學上描述物理上可觀察到的流動。

如果用圓柱體替換翼型並假定與翼型相同的流入和流出角度,它將具有相同的升力。實際上,只有一個旋轉圓柱體會顯示出類似於這種流動的東西,而現在由中心渦流引起的速度與旋轉圓柱體的環境在橫流中所顯示的速度相同。

我看不出它如何回答這個問題。您所描述的是Kutta條件。它選擇正確的(對於潛在流量)循環值。但是,無論Kutta條件是否有效,Kutta-Joukowski定理都應有效。它沒有說為什麼循環與升降機相連。
@VladimirF:您說得對。我應該更仔細地閱讀問題。我增加了一個新段落。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...