1、（5）、邊界層理論當流體在大雷諾數條件下運動時，可把流體的粘性和導熱看成集中作用在流體表面的薄層即邊界層內。根據邊界層的這一特點，簡化納維斯托克斯方程，并加以求解，即可得到阻力和傳熱規律。這一理論是德國物理學家L.普朗特于1904年提出的，它為粘性不可壓縮流體動力學的發展創造了條件。    流體在大雷諾數下作繞流流動時，在離固體壁面較遠處，粘性力比慣性力小得多，可以忽略；但在固體壁面附近的薄層中,粘性力的影響則不能忽略,沿壁面法線方向存在相當大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。流體的雷諾數越大，邊界層越薄。從邊界層內的流動過渡到外部流動是漸變的， 

2、;所以邊界層的厚度通常定義為從物面到約等于99%的外部流動速度處的垂直距離，它隨著離物體前緣的距離增加而增大。根據雷諾數的大小，邊界層內的流動有層流與湍流兩種形態。一般上游為層流邊界層，下游從某處以后轉變為湍流，且邊界層急劇增厚。層流和湍流之間有一過渡區。當所繞流的物體被加熱（或冷卻）或高速氣流掠過物體時，在鄰近物面的薄層區域有很大的溫度梯度，這一薄層稱為熱邊界層。分析方法大雷諾數的繞流流動可分為兩個區，即很薄的一層邊界層區和邊界層以外的無粘性流動區。因此，處理粘性流體的方法是：略去粘性和熱傳導，把流場計算出來，然后用這樣的初次近似求得的物體表面上的壓力、速度和溫度分布作為邊界層外邊界條件去解

3、這一物體的邊界層問題。算出邊界層就可算出物面上的阻力和傳熱量。如此的迭代程序使問題求解大為簡化，這就是經典的普朗特邊界層理論的基本方法。      邊界層脫離物面并在物面附近出現回流的現象。當邊界層外流壓力沿流動方向增加得足夠快時，與流動方向相反的壓差作用力和壁面粘性阻力使邊界層內流體的動量減少，從而在物面某處開始產生分離，形成回流區或漩渦，導致很大的能量耗散。繞流過圓柱、圓球等鈍頭物體后的流動，角度大的錐形擴散管內的流動是這種分離的典型例子。分離區沿物面的壓力分布與按無粘性流體計算的結果有很大出入，常由實驗決定。邊界層分離區域大的繞

4、流物體，由于物面壓力發生大的變化，物體前后壓力明顯不平衡，一般存在著比粘性摩擦阻力大得多的壓差阻力（又稱形阻）。當層流邊界層在到達分離點前已轉變為湍流時，由于湍流的強烈混合效應，分離點會后移。這樣，雖然增大了摩擦阻力，但壓差阻力大為降低，從而減少能量損失。                        邊界層理論指導著F1賽車的發展，對流體力學的研究作出了重要貢獻。（

5、6）、伯努利方程伯努利方程是理想流體定常流動的狀態方程，意為流體在忽略粘性損失的流動中，流線上任意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不變。理想正流體在有勢體積力作用下作定常運動時，運動方程（即歐拉方程）沿流線積分而得到的表達運動流體機械能守恒的方程。因著名的瑞士科學家D.伯努利于1738年提出而得名。對于重力場中的不可壓縮均質流體，方程表示為：  P+gh+1/2v2=cp、 、v分別表示流體的壓強、密度和速度，h為鉛垂高度，g為重力加速度，c為常量。上式各項分別表示單位體積流體的壓力能p重力勢能gh和動能1/2v2，在沿流線運動的過程中，總和保持不變，即總能量守恒。但各流線之間總

6、能量（即上式中的常量值）可能不同。補充：p1+1/2v12+gh1=p2+1/2v22+gh2p+gh+1/2v2常量   均為伯努利方程，其中1/2v2  與流速有關，稱為動壓強，  p和 gh稱為靜壓強。伯努利方程揭示流體在重力場中流動時的能量守恒。 如果研究的是氣體，那么重力的影響就可以忽略不計，公式化簡為P+1/2v2=常量（p0）    各項分別稱為靜壓、動壓和總壓。顯然，流動中速度增大，壓強就減小，速度減小，壓強就增大，速度降為零，壓強就達到最大（理論上應等于總壓

7、）。F1翼片產生下壓力，就在于下翼而速度高而壓強小，上翼面速度低而壓強大，因而合力向下。 據此方程，測量流體的總壓、靜壓卻可求得速度，成為皮托管的測速原理。在無旋流動中，也可利用無旋條件積分歐拉方程而得到相同的結果，但涵義不同，此時公式中的常量在全流場不變，表示各流線上流體有相同的總能量，方程適用于全流場任意兩點間。在粘性流動中，粘性摩擦力消耗機械能而產生熱，機械能不守恒，推廣使用伯努利方程時，應該加入機械能損失項。由伯努利方程可以看出，流速大處壓力低，流速小處壓力高，需要強調的是，伯努利方程的推導假設是固體靜止不動，因此在應用伯努利方程時，需要變換參照系，結果是伯努利方程中的v不是

8、物體的實際運動速度，而是物體與流體相對運動的速度，比如，飛機在逆風起飛時會獲得比順風更好的起飛效果，而F1賽車在制動點的選擇上也受到類似的影響，逆風時可以產生更多的下壓力（特別是前部），制動距離縮短，車手可以更晚地踩下剎車，而順風時氣動效應被削弱，制遠距離延長，車手不得不更早地放開油門制動，這一點在馬來西亞雪邦賽道的9號彎和15號彎最為明顯，進兩個彎之前賽車的行進方向剛好相反，通常一個彎之前的制動距離被縮短，就意味著另一個彎前的制動距離被延長。 （7）、文丘里效應文丘里效應，又稱文氏效應。這種現象以其發現者，意大利物理學家文丘里命名。這種效應可以制作出文丘里管。當氣體或液體在文丘理管

9、里面流動，在管道的最窄處，動態壓力（速度）達到最大值，靜態壓力（靜息壓力）達到最小值。氣體（液體）的速度因為涌流橫截面積變化的關系而上升。整個涌流都要在同一時間能經歷縮小的過程，因而壓力也在同一時間減小。進而產生壓力差，這個壓力差用于測量或者給流體提供外在吸引力。 對于理想流體（液體或氣體，其不可壓縮和不具有摩擦），其壓力差通過伯努利方程獲得。文丘里效應的原理則是當風吹過阻擋物時，在阻擋物的背風面上方端口附近氣壓相對較低，從而產生吸附作用并導致空氣的流動。文丘里管的原理其實很簡單，它就是把氣流由粗變細，以加快氣體流速，使氣體在文氏管出口的后側形成一個“真空”區。當這個真空區靠近工件時

10、會對工件產生一定的吸附作用。壓縮空氣從文丘里管的入口進入 ，少部分通過截面很小的噴管排出。隨之截面逐漸減小，壓縮空氣的壓強減小，流速變大，這時就在吸附腔的進口內產生一個真空度，致使因周圍空氣被吸入文氏管內，隨著壓縮空氣一起流進擴散腔內減小氣體的流速，之后通過消音裝置減小氣流震蕩。文丘里效應對于F1賽車的擴散器具有借鑒意義。（8）、康達效應康達效應（Coanda Effect）亦稱附壁作用或柯恩達效應。 流體（水流或氣流）有離開本來的運動方向，改為隨著凸出的物體表面摩擦時，流體的流速會減慢。只要物體表面的曲率不是很大，依據流體力學中的伯努利原理，流速的減緩會導致流體被吸附在物體的表面上流動。這中

11、作用是以羅馬尼亞發明家亨利-康達命名。 Coanda效應指出，如果平順地流動的流體經過具有彎度的凸表面的時候，有向凸表面吸附的趨向。打開自來水的時候，如果用筷子去觸碰水柱（只要部分水柱即可，這樣現象更明顯），水會隨著筷子向下淌，而不是按重力的方向從水龍頭直接往下流?？颠_效應被廣泛地應用到了2012年規則框架下的F1賽車上，康達效應排氣管使得廢氣由底盤吹出重新成為了可能，（具體的問題，我們會在之后的文章中專題分析） （9）、地面效應嚴格來講,地面效應的概念只適用于在高速空氣動力學。飛機的翼尖渦流是這一理念被引入的主要原因。當飛機機翼進入高速狀態時，其下表面的高壓氣流往往會越界

12、翻滾到機翼上表面擾亂低壓氣流，從而形成誘導阻力。降低機翼的升阻比，導致機翼效率大降。而當飛機近地飛行時，由于與地面之前的空間更為有限，機翼下部的氣流層便會更加的平穩，從而擾亂翼尖渦流。在沒有翼尖渦流的情況下，機翼的攻角能變得更為接近理論水平，因此便使飛機更有效率。這就是地面效應真正的作用。同時很多只在地效區域飛行的地效飛行器，也是利用這種原理來獲得更優質的升力，來提升機翼的效率。但是在F1領域中，地面效應被賦予了截然不同的概念。F1工程師通過特別設計的底盤（蓮花78,79）或風扇（布拉漢姆車隊創造的BT46B型風扇底盤賽車），人為地制造真空以獲取強大的吸地效應。離地間隙（賽車底部和賽道表面之間

13、的距離）對提高底盤和擴散器之間的聯系的效用有大的幫助，賽車的底板是最重要的空氣動力附加裝置。底盤和賽道之間的離地間隙越小，該區域氣流運動的速度也就越大，根據伯努利方程，此區域的靜壓力也就減小，賽車所受的氣動負升力也就越大，使得賽車被強烈地“吸附”在賽道上，產生所謂的“地面效應”。地面效應曾被F1車隊用來提高車速，但為防止追求更高的轉彎速度而引發事故，FIA規定賽車前輪后后緣到后輪前緣部必須平直，限制了地面效應的充分應用。由此FIA規則規定賽車底盤上必須要安裝一志10mm厚的木板，若此木板低于9mm，該車會被取消參賽資格。獨立的底板是安裝在每輛賽車底部的中間位置（從前到后）的硬木板，通過螺栓與承

14、載式車身下側相連接，通過賽的對木板的磨損程度的檢查可判斷車輛底盤是否過低。最早運用地面效應于賽車運動中的時間是20世紀70年代，當時考林-查普曼在蓮花賽車底部安裝一個空氣通道，通過前面的部分相對狹窄，但在向車尾延伸的同時不斷擴大。由于賽車的底部離地間隙很小，所以通道和地面形成了一個封閉管道。當賽車飛馳時，空氣從車頭進入，在底盤和地面之間加速，產生非常低的壓強，從而產生向下的壓力。  時下賽車底部的設計多趨于部分或完全覆蓋從理論上分析，對于完全由光滑底板覆蓋的車底而言，離地高度越低，進入賽車底部前段的氣流速度越快，在車底形成的負壓區就越可觀。現在F1賽車的底盤的形式多采用階梯

15、型，已經不會產生太多的地面效應，擴散器就變得更加重要。當今也存在F1設計師將車底設計成從前向后升高或設置縱向凹槽的形式，地面與車底部的凹槽構成拉伐爾管，亞聲速氣流在該管收縮段被加速，車身底部與車身上表面的壓力差增加，即增加了下壓力，拉伐爾管道的橫截面形狀、管道截面面積沿注射的變化等都影響車身底部的流態。為了更好地提高F1賽車的下壓力，空氣動力學工程師運用拉伐爾管效應在賽車底部的兩側裝上整流裙，整流裙剛好接觸路面以密封底部氣流，使得車身降至20mm，仍然取得了很好的氣動效果?；瑒尤梗╯liding skirts）是安裝在賽車兩側散熱箱側面底部的風翼，它阻止側面氣流通過賽車底部而使賽車底部形成真空

16、，以此將賽車吸附在賽道上并增加賽車在變產中的側身附著力，成功地運用了地面效應。另一輛應用地面效應創造下壓力的賽車就是戈登-穆雷開發的布拉漢姆BT46B賽車。然而與前者不同的是，由于BT46使用的阿爾法羅米歐引擎寬度大，并沒有足夠的空間賽車采用蓮花79那樣的擴散器設計。穆雷決定，他要通過另外一套工作原理建立起賽車底部的真空效果在賽車尾部增設一個巨大的風扇裝置。在賽車尾部安裝了一個由引擎自主驅動的風扇裝置。引擎轉速越快，這個裝置吸引賽車底部傳來的空氣就越多，由此建立起上述效果。像查普曼的蓮花賽車一樣，BT46B也安裝了側裙用以維持車下的低壓區，但并未對賽車外形造成改變。然而同年內，圍場中的眾多車隊

17、都譴責這一爭議涉及，稱其違反了“不可移動空氣動力裝置”調理。因此布拉漢姆車隊的所有者伯尼-?？巳R斯頓決定從賽車系列中拿掉BT46B，避免引起其他車隊的爭議。國際汽聯隨后將這款賽車的風扇裝置視作“可移動空氣動力裝置”，對它施行了永久性禁令。 （10）、失速現象在流體動力學中，失速是指翼型氣動攻角增加到一定程度（達到臨界值）時，翼型所產生的升力突然減小的一種狀態。翼型氣動迎角超過該臨界值之前，翼型的升力是隨迎角增加而遞增的；但是迎角超過該臨界值后，翼型的升力將遞減。簡單來說，飛機失速意味著機翼上產生的升力突然減少，從而導致飛機的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機失

18、去了前進的速度。             0°迎角繞流                                  

19、0;                5°迎角繞流                 15°迎角繞流             

20、0;                           20°迎角繞流                                   通過以上四幅圖，我們可以看到