阻力系數

阻力系數

船舶工程術語
阻力系數常表示為(Cd、Cx、Cw)是流體力學中的無因次量,用來表示物體在流體(例如水或是空氣)中的阻力。阻力系數會出現在阻力方程中,較小的阻力系數表示物體受到的風阻或流體阻力較小。阻力系數和物體的形狀及其表面特性有關[1]。
  • 中文名:阻力系數
  • 外文名:
  • 定義:
  • 适用領域:船舶工程
  • 所屬學科:流體力學
  • 表示:用ω或f
  • 計算式:Fr=△PG/△PW

基本信息

阻力系數,指的是物體(如飛機、導彈)所受到的阻力與氣流動壓和參考面積的乘積之比,是一個無量綱量。

阻力系數又指鋼絲繩通過滑車時會産生繩索的剛性阻力和滑輪軸承的摩擦阻力,這些阻力通常用一個系數值加以修正,此系數稱為阻力系數,用ω或f來表示。

計算公式

Cx = X/(qS)

式中,

Cx:阻力系數

X :阻力(阻力與來流速度方向相同,向後為正)

q :動壓,q=ρv*v/2 (ρ為空氣密度,v為氣流相對于物體的流速)

S :參考面積(飛機一般選取機翼面積為參考面積)

石油專業詞彙

阻力系數(Fr):指相同流速下,堵劑流過岩心的壓差與清水流經同一岩心壓力差的比值。計算式為:

Fr=△PG/△PW

式中:△PG——一定流速下堵劑流入過程的驅替壓差。

△Pw——一定流速下清水流入過程的流動壓差。

旋轉體的阻力系數

阻力系數對應前後不對稱的物體,存在一個前端系數,與後端系數,物體在介質中運動,整體阻力由此兩個系數決定,具體運動阻力公式詳阻力詞條,y是物體體型方程,y'是其一階導數,x為運動方向。y為垂直與運動方向的另一個方向。此系數已經考慮流體向心力對于正面阻力的作用。

旋轉體的縱向側壓力系數

系數均是相對于體積而言的,側壓是環x軸360度的,此系數是标量值,但是如果環一周積分,側壓的值比為0,處分不對稱分布,産生側向定向流動時不為0,其時體型為非旋轉體。

阻力系數

汽車的阻力系數是在一個共同的度量汽車設計,因為它涉及到空氣動力學。拖動是與氣流平行并與相同的力。汽車的阻力系數影響汽車通過周圍空氣的方式。當汽車公司設計新車時,除考慮其他性能特征外,還考慮汽車阻力系數。氣動阻力随着速度的平方增加;因此在更高的速度下它變得非常重要。汽車的阻力系數的降低提高了車輛的性能,因為它涉及到速度和燃油效率。有許多不同的方式來減少車輛的阻力。測量車輛阻力的常用方法是通過阻力區域。

現代汽車的平均阻力系數介于0.30和0.35之間。通常具有四方形形狀的SUV通常達到Cd= 0.35-0.45。車輛的阻力系數受到車身形狀的影響。各種其他特性也影響阻力系數,并且在這些示例中被考慮到。一些跑車有驚人的高阻力系數,但是這是為了補償車輛産生的提升量,而另一些則使用空氣動力學來獲得速度并且具有低得多的阻力系數。

Cd的一些例子如下。給出的數字通常是基本模型。一些“高性能”車型可能實際上有更高的阻力,由于更寬的輪胎,額外的擾流闆和更大的冷卻系統,因為許多基本/低功率型号具有半尺寸散熱器,其餘區域消隐以減少冷卻和發動機艙拖曳。

一個給定的車輛的Cd将根據測量的風洞而變化。已經記錄了高達5%的變化并且測試技術和分析的變化也可以産生變化。因此,如果在不同的隧道中測量阻力系數Cd= 0.30的同一輛車,它可以是從Cd= 0.285到Cd= 0.315的任何地方。

戈壁表面

風蝕戈壁是我國幹旱區廣泛分布的風成地貌類型之一,在地質時期曾是我國風沙活動和沙塵暴的主要源地之一。在戈壁風蝕面的發育過程中,可蝕性物質(沙粒)因長期風蝕逐漸減少,而不可蝕性物質(主要是礫石)相對富集,形成對下伏物質具有保護作用的不可蝕礫石層一一戈壁風蝕面L?I.雖然戈壁風蝕面對風沙活動的抑制作用已為人所知,但對其空氣動力學行為的定量研究則很少。無量綱的阻力系數反映了氣流中障礙物對氣流的阻滞效應,戈壁表面的阻力系數可以反映戈壁地表風沙活動界面的潛在風沙活動和沙塵釋放強度,因而可用以評價戈壁風蝕面的空氣動力學穩定性.特定地表條件的阻力系數要由野外觀測或模拟實驗來确定.但是,野外條件比較複雜,戈壁表面的阻力系數除與表面礫石層的幾何特征有關外,尚受地形起伏的影響,很難找到不受地形起伏影響的理想觀測場所,因而從觀測結果中難以确切分辨出礫石覆蓋和地形起伏的影響.再者,野外礫石的形态複雜、幾何特征難以精确描述且不可調控,這為确定阻力系數與礫石幾何特征的定量關系帶來困難.

礫石覆蓋使阻力系數增加1.1-8倍,增大的倍數取決于礫石粒徑與覆蓋度.戈壁表面的阻力系數随礫石粒徑及覆蓋度的增加而增大.對于不同粒徑的礫石,阻力系數随礫石覆蓋度的變化服從相似的規律,即當覆蓋度較小時,阻力系數随礫石蓋度增加而增大的過程較為明顯,其增大率随蓋度的增加而趨緩.當礫石覆蓋度大于40%}50%時,阻力系數基本不再随礫石覆蓋度的增加而增大,說明戈壁床面對氣流的反饋即阻滞作用趨于穩定,氣床界面達到相對平衡。

當氣流經過戈壁表面時,其對氣流的總阻力可以分解為礫石産生的阻力和礫石間裸露地表産生的阻力,所以阻力系數可以表示為

式中Cdt為總阻力系數,Cdg為礫石所産生的阻力系數,Cdb為礫石間裸露地表所産生的阻力系數。

上式可以理想地解釋為:當戈壁風蝕面的阻力系數趨于常數時恒成立。可以認為,在業已穩定的戈壁風蝕面的礫石間再增加的礫石将全部處于已有礫石的保護下,新增加的礫石所産生的阻力系數趨于零.所以,阻力系數趨于常數(相當于最大阻力系數)可以作為戈壁風蝕面趨于空氣動力學穩定的判據.對于所實驗的各種礫石,40%-50%是戈壁風蝕面發育成熟、趨于穩定的臨界覆蓋度。

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