环境空气动力学

环境空气动力学

环境空气动力学这一概念是英国的理论力学教授斯科勒在1957年提出来的。随着工业、航空和航天技术以及计算技术的迅速发展，一方面对环境空气动力学提出了许多新的研究课题；另一方面为环境空气动力学的研究提供了有力的观测手段。1977年斯科勒出版了专著《环境空气动力学》，标志着环境空气动力学的研究有了新的进展。

研究自然界的流体运动，须要求解流场中各点的温度、压力、密度、速度、加速度等物理参数，寻找出它们之间的相互关系。对于无旋、无粘性的理想流体，可根据质量守恒定律推导出连续方程。但是自然界的流体是有粘性的、有旋度的，处理这种流体运动时，要用纳维－斯托克斯方程。

在自然界中，当流体流过圆柱或圆球时，如果雷诺数不太大，会在圆柱表面产生分离并在尾部产生一个涡系，称为卡门涡街。强风吹过高烟囱、高层建筑物时都会产生卡门涡街。如果涡街排列不对称，就会产生不稳定冲击，引起建筑物的涡振动。

在环境空气动力学中经常使用涡量这个概念。涡量是个向量，它的大小为微团旋为涡量的方向。涡量的概念在研究漂浮运动和云街产生的机理时很有用。由于摩擦阻力和地面地形的不同，气流中出现不同旋转方向的涡量，而上层的空气在风的剪切作用下，出现波浪形的流动，结果在凝结线上方出现了云街。

环境空气动力学还包括研究在地球的自转作用、重力作用和太阳辐射作用下引起的大气相变和对流，以及由此而产生的风、云、雨雾等自然现象的机理；研究分层气体的运动规律，以及产生波和波涛的机理；研究大气的揣流、飘浮对流、沉降动力等，以便弄清自然界中气体质量和固体质量迁移的机理，这对研究污染物传输、扩散的规律和机理，以及防止污染的措施有用；研究生命的空气动力环境，弄清大气运动对人类以及鸟类和昆虫的影响等。