（1）边界层

流体在大雷诺数下作绕流流动时，当远离固体壁面时，粘性力的大小比惯性力要小得多，可不计；但当十分接近固体壁面的薄层时，粘性力的影响则不能忽略。流体的雷诺数越大，边界层就越薄。根据雷诺数的大小不同，边界层内的流动有层流与湍流两种形态方式。一般上游为层流边界层，下游从某处以后转变为湍流，且边界层会急剧增厚。

图2。1 边界层外缘示意图

（2）边界层方程组

不可压缩流体在大雷诺数的层流情况下绕过平滑壁面的情况（如图2。1）在此考虑二维定常不可压缩流动。假定沿着物体壁面的方向是x轴，垂直于物体壁面的方向是y轴。因为边界层的厚度要比物体壁面的尺寸L要小很多，因此可以忽略数量级小的各项，则可以近似认为边界层垂直方向的压力保持不变，以此得到层流边界层方程组为：

连续方程动量方程方向组边界条件

在上述各式中，u,v表示流体质点在x，y方向速度分量，U（x）表示来流速度，表示动力粘度（动力粘性系数），表示流体密度。

在风帆后期的实验设计当中，可以将风帆在风洞实验[7]中与流场接触的表面看作是边界层，从而可以运用边界层理论对该表面的受力及受压等进行深入的研究

2。2 流体动力学文献综述

流体动力学[9]是流体力学的一个分支，是研究作为连续介质的流体在力作用下的运动规律及其与边界层的相互作用。广义地说，研究内容还包括流体和其他运动形态的相互作用。本文中也运用到了流体动力学的部分理论，具体理论如下。

2。2。1 基本控制方程

流体动力学基本方程是将质量、动量和能量守恒定律用于流体运动所得到的的联系流体速度、压力、密度和温度等物理量的关系式。对于本文中对风帆的流体动力分析具有重要的意义。

对于描述粘性不可压缩流体的动量方程，如方程所示。将它和不可压缩连续方程组合起来，原则上可以求解不可压缩的粘性流体运动问题，但是由于种种原因，加上其实际流体的流动状况又相对较为复杂，要利用这四个方程去解决一般不可压缩粘性流体的运动问题，仍然是比较困难。

2。2。2 流动种类

（1）定常流动

流体流动时，如果流体中任何一点处的压力，速度和密度等物理量都不随着时间的变化而发生变化，那么这种流动就被称为定常流动；

定常流动流体应满足的数学表达式：  （2-9）

（2）非定常流动

流体流动时，如果流体中任何一点处的压力，速度和密度中任意一个物理量随着时间的变化而发生变化，那么液体就是做非定常流动。在现实生活里，流体的流动通常是非定常流动。本文风帆的流场运动也是非定常流动的一种。

其中，非定常流动又可以按流动随时间变化的速率分为三类：流场变化速率极慢的流动、流场变化速率很快的流动及流场变化速率极快的流动。

2。2。3 流体动力特性

（1）升力L：因为绕流物体上、下物面上流动的不对称，从而引起压力的不对称，最终在垂直于运动方向产生的压力差。

（2）阻力R：二元机翼的总阻力是由摩擦阻力和形状阻力这两部分组成。来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

（3）升力系数曲线斜率：反映升力系数随几何攻角的变化程度。

（4）流体动力系数[9]：是无量纲参数，主要有升力系数[10]，阻力系数[10]，力矩系数

定义：升力系数，

当时，在很大攻角[10]范围内，升力系数为，