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關(guān)于力學(xué)的研究報(bào)告
篇一：物理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告
物理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告
航模的制作
研究人：張鐿朦 于馥銘 蔣浩楠
張世風(fēng) 章文睿 張祎文
模型飛機(jī)空氣動(dòng)力
第一節(jié)速度與加速度
速度即物體移動(dòng)的快慢及方向，我們常用的單位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞ 加速度即速度的改變率，我們常用的單位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是負(fù)數(shù)，則代表減速。
第二節(jié)牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律 第一定律：除非受到外來的作用力，否則物體的速度(v)會(huì)保持不變。
沒有受力即所有外力合力為零，當(dāng)飛機(jī)在天上保持等速直線飛行時(shí)，這時(shí)飛機(jī)所受的合力為零，與一般人想像不同的是，當(dāng)飛機(jī)降落保持相同下沉率下降，這時(shí)升力與重力的合力仍是零，升力并未減少，否則飛機(jī)會(huì)越掉越快。 第二定律：某質(zhì)量為m的物體的動(dòng)量(p = mv)變化率是正比於外加力 F 并且發(fā)生在力的方向上。
此即著名的 F=ma 公式，當(dāng)物體受一個(gè)外力后，即在外力的方向產(chǎn)生一個(gè)加速度，飛機(jī)起飛滑行時(shí)引擎推力大於阻力，於是產(chǎn)生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會(huì)等於阻力，於是加速度為零，速度不再增加，當(dāng)然飛機(jī)此時(shí)早已飛在天空了。 第三定律：作用力與反作用力是數(shù)值相等且方向相反。
你踢門一腳，你的腳也會(huì)痛，因?yàn)殚T也對(duì)你施了一個(gè)相同大小的力
第三節(jié)力的平衡
作用於飛機(jī)的力要?jiǎng)偤闷胶�，如果不平衡就是合力不為零�?/p>
依牛頓第二定律就會(huì)產(chǎn)生加速度，為了分析方便我們把力分為X、Y、Z三個(gè)軸力的平衡及繞X、Y、Z三個(gè)軸彎矩的平衡。
軸力不平衡則會(huì)在合力的方向產(chǎn)生加速度，飛行中的飛機(jī)受的力可分為升力、重力、阻力、推力
升力由機(jī)翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產(chǎn)生，阻力由空氣產(chǎn)生， 我們可以把力分解為兩個(gè)方向的力，稱 x 及 y 方向﹝當(dāng)然還有一個(gè)z方向，但對(duì)飛機(jī)不是很重要，除非是在轉(zhuǎn)彎中﹞，飛機(jī)等速直線飛行時(shí)x方向阻力與推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飛機(jī)速度不變，y方向升力與重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飛機(jī)不升降，所以會(huì)保持等速直線飛行。
彎矩不平衡則會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)加速度，在飛機(jī)來說，X軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)滾轉(zhuǎn)，Y軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)偏航、Z軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)俯仰
第四節(jié)伯努利定律
伯努利定律是空氣動(dòng)力最重要的公式，簡(jiǎn)單的說流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這裡說的流體一般是指空氣或水，在這裡當(dāng)然是指空氣，設(shè)法使機(jī)翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小，機(jī)翼下部空氣流速較慢，靜壓力較大，兩邊互相較力﹝如圖1-3﹞，於是機(jī)翼就被往上推去，然后飛機(jī)就飛起來，以前的理論認(rèn)為兩個(gè)相鄰的空氣質(zhì)點(diǎn)同時(shí)由機(jī)翼的前端往后走，一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼的上緣，另一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼的下緣，兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)應(yīng)在機(jī)翼的后端相會(huì)合﹝如圖1-4﹞，經(jīng)過仔細(xì)的計(jì)算后發(fā)覺如依上述理論，上緣的流速不夠大，機(jī)翼應(yīng)該無法產(chǎn)生那麼大的升力，現(xiàn)在經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，兩個(gè)相鄰空氣的質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)機(jī)翼上緣的質(zhì)點(diǎn)會(huì)比流經(jīng)機(jī)翼的下緣質(zhì)點(diǎn)先到達(dá)后緣
當(dāng)氣流通過時(shí)機(jī)翼的上緣產(chǎn)生”真空”，於是機(jī)翼被真空吸上去﹝如圖1-6﹞，他的真空還真聽話，只把飛機(jī)往上吸，為什麼不會(huì)把機(jī)翼往后吸，把你吸的動(dòng)都不能動(dòng)，
還有另一
個(gè)常聽到的錯(cuò)誤理論有時(shí)叫做子彈理論，這理論認(rèn)為空氣的質(zhì)點(diǎn)如同子彈一般打在機(jī)翼下緣，將動(dòng)量傳給機(jī)翼，這動(dòng)量分成一個(gè)往上的分量於是產(chǎn)生升力，另一個(gè)分量往后於是產(chǎn)生阻力﹝如圖1-7﹞，可是克拉克Y翼及內(nèi)凹翼在攻角零度時(shí)也有升力，而照這子彈理論該二種翼型沒有攻角時(shí)只有上面”挨子彈”，應(yīng)該產(chǎn)生向下的力才對(duì)啊，所以機(jī)翼不是風(fēng)箏當(dāng)然上緣也沒有所謂真空
伯努利定律在日常生活上也常常應(yīng)用，最常見的可能是噴霧殺蟲劑了﹝如圖1-8﹞，當(dāng)壓縮空氣朝A點(diǎn)噴去，A點(diǎn)附近的空氣速度增大靜壓力減小，B點(diǎn)的大氣壓力就把液體壓到出口，剛好被壓縮空氣噴出成霧狀，讀者可以在家裡用杯子跟吸管來試驗(yàn)，壓縮空氣就
靠你的肺了，表演時(shí)吸管不要成90度，傾斜一點(diǎn)點(diǎn)，以免空氣直接吹進(jìn)管內(nèi)造成皮托管效應(yīng)，效果會(huì)更好。
飛行原理
飛機(jī)從地面滑跑到離地升空，是由于升力不斷增大，直到大于飛機(jī)重力的結(jié)果。
篇二：高等流體力學(xué)報(bào)告
界限內(nèi)自然對(duì)流和輻射的共軛傳熱
摘要
對(duì)有有限厚度導(dǎo)熱墻壁的空腔底部局部加熱的對(duì)流——輻射換熱進(jìn)行了數(shù)值研究。由對(duì)流與輻射引起的熱交換被視為是外部熱交換的決定性部分。研究了諸如格拉曉夫數(shù)、瞬時(shí)因素、光學(xué)厚度、以及固體平壁導(dǎo)熱系數(shù)（包括諸如流線與溫度場(chǎng)的局部熱流體規(guī)格參數(shù)和類似的熱源表面上的平均努塞爾數(shù)字積分參數(shù)特征）的參數(shù)影響。
關(guān)鍵詞：共軛傳熱，自然對(duì)流，輻射，熱源，界限
文章概要
1. 引言
2. 問題的聲明及解決方法
3. 結(jié)果和討論
3.1. 格拉曉夫數(shù)的影響
3.2. 瞬時(shí)因素的影響
3.3. 光學(xué)厚度的影響
3.4.導(dǎo)熱系數(shù)比的影響
4. 結(jié)論
1. 引言
對(duì)于界限內(nèi)自然對(duì)流的研究已有很多。描述渦結(jié)構(gòu)的形成與演化以及溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)的典型熱力學(xué)模型發(fā)生了演變。通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論。但實(shí)際上，一個(gè)流體自然對(duì)流和固體熱傳導(dǎo)干擾的調(diào)查，獲得了堅(jiān)實(shí)的成功。共軛熱傳遞問題既涉及到建筑熱物理和微電子。這些問題有幾個(gè)解決方案。對(duì)二維方形有限空腔墻體內(nèi)自然對(duì)流的熱傳導(dǎo)作用的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究，其中空腔具有有限墻電導(dǎo)，空氣作為空腔內(nèi)的流動(dòng)工質(zhì)。獲得了在環(huán)境溫度恒定，且在不采取對(duì)流熱交換的情況下兩個(gè)壁等溫和兩個(gè)壁絕熱的結(jié)果。在內(nèi)部有離散加熱器位于有限厚度墻壁的的開放空間內(nèi)進(jìn)行了數(shù)值研究。離散加熱器最佳位置的確定依賴于雷諾數(shù)數(shù)、墻的熱傳導(dǎo)性比、腔長(zhǎng)寬比和壁的厚度。無論是在一個(gè)正方形外殼還是在一個(gè)半圓孔中，熱流體動(dòng)力參數(shù)壁厚的根本作用皆被揭露。對(duì)有限壁厚的有限空間內(nèi)水對(duì)流的紊態(tài)瑞利數(shù)進(jìn)行了研究，得到了描述瑞利數(shù)的作用和的墻壁導(dǎo)熱性的典型的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。
本報(bào)告的重點(diǎn)是自然對(duì)流和輻射的數(shù)值模擬在氣腔和一個(gè)外殼的墻壁熱傳導(dǎo)熱在上腔底部源的存在和對(duì)對(duì)流輻射熱交換假設(shè)一個(gè)環(huán)境。
2. 聲明的問題及解決方法
圖1給出本研究項(xiàng)目的幾何圖形。
圖 1示意圖的問題：1—墻壁; 2—?dú)怏w; 3 —熱源。
研究對(duì)象是以實(shí)心墻為界的有有限厚度和電導(dǎo)率的外殼。其中熱源空腔底部保持在恒定的溫度。外殼與環(huán)境對(duì)流-輻射熱交換參照外表面即х= 0處，其他外部邊界都假定為絕熱。
假設(shè)分析，該實(shí)心墻的熱物理性能和流體是溫度獨(dú)立的流動(dòng)層。假設(shè)流體是牛頓流體，粘度、導(dǎo)熱、散熱和顫動(dòng)假設(shè)是有效的。流體運(yùn)動(dòng)和傳熱的腔被假定為三維。熱輻射熱交換源和墻壁之間是一層厚的光學(xué)近似的基礎(chǔ)上為藍(lán)本。在該方法中的發(fā)光，可
考慮像一些連續(xù)的光子，
即是假設(shè)有可能在任何媒介元素以及在分子傳導(dǎo)的情況，只有它直接影響到鄰近的元素。在這種條件下，輻射能量轉(zhuǎn)移可比喻為擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。
圖1所考慮的熱區(qū)是由非穩(wěn)態(tài)三維腔中的氣體對(duì)流的近似方程組的管轄，其中在能量平衡方程描述輻射是基于近似的基礎(chǔ)上確定的方法。非穩(wěn)態(tài)三維能量方程具有非線性邊界條件適用于熱傳導(dǎo)仿真中使用的實(shí)心墻。
除Θ= 1
的熱源溫度，在整個(gè)過程Θ(X,Y,Z,0) = 0。
邊界條件為：（對(duì)流與輻射熱交換的環(huán)境是按照在墻上x = 0時(shí)的情況）
在剩下的方程（8）隔熱外墻設(shè)置條件：
在流體與固體平行于XZ平面的界面：
在流體與固體平行于XY平面的界面：
在流體與固體平行于YZ平面的界面：
符合相應(yīng)初始條件和邊界條件的平衡方程(1), (2), (3), (4), (5), (6), (7) 和 (8) 采用有限差分方法解決。
不同的條件下測(cè)試了解決問題的方法，測(cè)試了自然對(duì)流和輻射共軛等問題。結(jié)果吻合了公布的數(shù)據(jù)。
3. 結(jié)果和討論
邊界值問題（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）及（8）已進(jìn)行了描述對(duì)流-輻射傳熱在外殼的基本模式諸如Gr = 105–107；Pr = 0.7； τλ = 50, 100, ∞； k2,1 = 0.037, 0.0037的無量綱配合物的數(shù)值分析。無量綱溫度Θe = 1；Θhs = 1；Θ0 = 0。
3.1. 格拉曉夫數(shù)的影響
圖2中顯示了層流情況下溫度場(chǎng)在τ = 300, Y = 0.3時(shí)不同格拉曉夫數(shù)的影響。空腔內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)流線方向用箭頭表示。
圖2. Y = 0.3,
τ = 300, τλ = 50, k2,1 = 0.037: Gr = 105 – а, Gr = 107 – b時(shí)的流線Ψ和等溫線Θ
Y = 0.3 且Gr = 105 (圖. 2, a)時(shí)氣體空腔內(nèi)形成兩個(gè)對(duì)流單元。這些單元位于氣體空腔底部的熱源和對(duì)流-輻射換熱的外部邊界X=0處。 代表左轉(zhuǎn)氣體流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)從第二個(gè)循環(huán)開始不同，在核心部位流速高，還涵蓋更大的范圍。這樣非對(duì)稱的原因是溫差從界限x = 0的低溫邊界處深入到外殼。氣體冷卻腔最密集的左上角三面角度處的熱源影響是微不足道的。同時(shí)反映在―等溫線協(xié)調(diào)最大值‖位移處的高低溫相互作用是可看見的。例如，相應(yīng)無量綱溫度的等溫線(Θ = 0.1)的―坐標(biāo)頂部‖被偏移到正確的墻壁。
格拉曉夫數(shù)增加到Gr = 107(圖. 2, b)導(dǎo)致流線場(chǎng)和溫度場(chǎng)的重要修改。在氣體空腔內(nèi)形成兩個(gè)循環(huán)，空氣循環(huán)的強(qiáng)度大大增加�？臻g的位移和這些對(duì)流單元核心取向的改變是與浮升力的增加聯(lián)系在一起的。 在中央部分和和氣體洞的周邊區(qū)域上保存了上升和停著的流程的位置。中間位置和在氣體空腔周邊地區(qū)的上升、下降氣流的位置是固定的。對(duì)流柱的升位是由上述在其核心部分熱源熱噴流形成的。還有更多是由于氣體增加運(yùn)動(dòng)速度而產(chǎn)生的空腔頂部邊界更密集的加熱。例如，相應(yīng)的無量綱溫度等溫線(Θ = 0.3) 限制了空腔頂部比中央腔部分更大的區(qū)域。后者反映在一些相應(yīng)的無量綱溫度等溫線（Θ= -0.05），這等溫線近乎空腔固體壁面。同時(shí)，靠近墻壁的熱噴流等溫線說明下降的對(duì)流流程的存在。
圖3顯示Z = 0.38 時(shí)的流線場(chǎng)和溫度場(chǎng)。
圖3.Z = 0.38, τ = 300, τλ = 50, k2,1 = 0.037: Gr = 105 – а, Gr = 107 – b.時(shí)的流線Ψ和等溫線 Θ。
格拉曉夫數(shù)從105至107（圖3）反映在對(duì)流單元中為對(duì)流循環(huán)速度的增加。觀察第八單元的平穩(wěn)的水力結(jié)構(gòu)的形成，溫度場(chǎng)發(fā)生了本質(zhì)上的變化。氣體空腔中心行成了熱噴流，徑向熱噴流對(duì)空腔加熱。在空腔三角區(qū)域原始的―熱花瓣‖的形成是與傳熱過程的水動(dòng)力結(jié)構(gòu)即與這些區(qū)域的滯后流動(dòng)是有聯(lián)系的。
篇三：生活中的力學(xué) 研究性報(bào)告
生活中的力學(xué)
飛機(jī)為什么能在空中飛行而不掉下來？你也許會(huì)說：“飛機(jī)有翅膀，像鳥兒一樣，當(dāng)然不會(huì)掉下來�。 笨墒区B兒的翅膀會(huì)煽動(dòng)翅膀，而飛機(jī)的翅膀是不會(huì)動(dòng)的，為什么飛機(jī)仍然不會(huì)掉下來？
其實(shí)飛機(jī)之說以能夠飛起來，原因就在于它的機(jī)翼。
飛機(jī)前進(jìn)時(shí)，機(jī)翼與周圍的空氣發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于有一股氣流迎面流過機(jī)翼被分成上下兩個(gè)部分。由于氣流經(jīng)過機(jī)翼的橫截面上表面與下表面時(shí)的距離不等，要想兩股氣流同時(shí)通過機(jī)翼表面，經(jīng)過上表面的空氣流速須要快于經(jīng)過下表面的空氣流速，導(dǎo)致較快流速的空氣對(duì)機(jī)翼的壓強(qiáng)較大。由公式F=pS知，壓強(qiáng)越大，壓力越大，得出機(jī)翼上表面所受壓力大于下表面所受壓力，出現(xiàn)了壓力差，這便是升力，也就是飛機(jī)能夠飛起來的力之一。
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