按道理講,小雷諾數是層流狀態,且沒有分離,這樣摩擦阻力和壓差阻力都很小,總阻力就應該很小的。(我知道我這裡說法不規範,把阻力和阻力係數混為一談,但是試想如果小雷諾數下都會是湍流狀態,且分離,那阻力係數豈不是更大?)希望各位給予指點。參考文獻是安德森空氣動力學基礎第四版3.18節。


上面的回答都沒答到點子上

雷諾數的物理意義是慣性力與粘性力的比值。雷諾數很小,說明粘性效應很強,阻力係數當然很大了。

更直觀的理解,根據相似律,保持來流密度、速度、圓柱尺寸不變,只是增大粘性係數,也可以達到小雷諾數的效果,此時阻力係數顯然要變大。


前面回答已經說的很清楚了,考慮阻力變化的時候也要考慮相關區域的變化


Re很低時近似考慮成stokes flow

用stream function算出速度和壓強

最後Drag coeff. = 24/Re

這個關係在Re屬於(0~5)基本成立

具體推導請參考http://www.lmm.jussieu.fr/~lagree/COURS/M2MHP/petitRe.pdf

P.S. 這張圖應該是本科流體就會用到的,當時教授一般不會去解釋低Re的狀況,只會簡單說一下高Re處的波動,上面的內容是研究生課程的,暫時看不懂也沒關係。


關於低雷諾數流動,在章梓雄,董曾南所著《粘性流體力學》一書,章節2.7中有詳細討論,裡面給出了斯托克斯方程的具體求解過程。

定性的討論結果是阻力與來流速度,流體粘性係數和物體特徵尺度成正比,其原因是因為低雷諾數情況下,阻力中佔主導的粘性力等於粘性係數乘以速度梯度。

所以低雷諾數情況的阻力係數與雷諾數是反比關係,這可以從圖中看出來。


雷諾數越小,損失係數越大,粘滯力也越大。

詳見圖片(來源:《空氣動力學》徐華舫)


層流狀態也有流動分離。雷諾數增大後,湍流狀態下的流動分離點更靠後,分離區更小,使得阻力反而減小了。其實高爾夫球表面就是運用了這一特點。


不知道為啥會邀請到我這個EE出身根本沒學過流體力學的。

不過既然都邀了就隨便扯幾句。

——————————————————以下均為外行的胡言亂語——————————

因為阻力係數來自於阻力方程,在阻力方程中阻力正比於阻力係數與速度的平方。

但實際上在低雷諾數下,阻力的大頭是粘滯阻力,此時阻力與速度成正比(斯托克斯定律)。

結果就是當速度很低時,雷諾數很小,此時阻力方程裏速度的平方這一項下降很快,但實際的阻力又只能按照與速度成正比下降,咋辦?

只好委屈一下阻力係數,變大些把這個損失給補回來了。


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