壓力係數

簡介

壓力係數是描述流體動力學中遍布整個流場的相對壓力的無量綱數。壓力係數套用於空氣動力學和流體力學，流體流場中的每一點的壓力係數不同。

在空氣動力學和流體力學的套用場合中，靠近機體表面的一點的壓力係數取決於該機體的體積大小。因此，可以將工程模型放入風洞或水洞中進行測試，確定模型關鍵位置的壓力係數，用以研究大型飛機或船隻周圍關鍵位置的流體壓力。

壓力係數作為研究流體流動的無量綱參數，不僅可以研究諸如水等不可壓縮流體的流動，也可以研究空氣等可壓縮氣體低速流動。該無量綱係數與維數關係如下：

其中：

p 為所求壓力係數點處的靜壓；

為遠離任何擾動的獨立靜壓力；

為遠離任何擾動的獨立駐點壓力；

為獨立流體密度（海平面大氣壓與溫度15℃時）；

為獨立流體密度或者物體穿過流體的速度。

利用伯努利方程，可以進一步簡化壓力係數(i非粘性，穩定狀態)：

計算壓力係數時，u表示流速，Ma表示馬赫數，與聲速相比，流速可以忽略不計。對於不可壓縮但是具有粘性的流體來說，該結果表示的是剖面壓力係數，因為它與不可壓縮水動力的作用有關，而與粘性作用無關。

該公式對不可壓縮流體的流動是有效的，因為在速度和壓強變化足夠小的情況下，流體密度的變化可以忽略不計。當馬赫數小於0.3時，這是一個合理的假設。

等於零表示壓力與自由流體壓力相同；

等於1對應於滯止壓力，表示有一個停滯點；

大多數

為負數的情況可以被歸納為氣穴現象，若邊緣是正的,則流體局部為液體，當邊緣為零或者負數時，，流體為氣穴或氣體。

為負一，這在在滑翔機的設計中非常重要因為這表明了一個從信號壓力的供應到氣壓表連線埠的完美位置，該氣壓表對垂直運動的大氣運動有反應而對滑翔機的垂直運動沒有反應。

在流體流動場中，存在正壓係數大至1的點，負壓力係數包括小於- 1的點，但壓力係數均不大於1，因為可以達到的最高壓力是滯止壓力。

在可壓縮流體（如空氣）的流動中，特別是高速可壓縮流體的流動中，

(動態壓力)不再是一個對滯止壓力和靜態壓力之間的差值的精確的測量。同樣，靜止壓力等於總壓強也並不總是正確的。(在等熵流中，它始終是正確的，但激波的存在會導致流體離開等熵狀態)因此，在可壓縮流中，壓力係數可以大於1。

大於一表示自由流體是可壓縮的。

所有的三個空氣動力係數都是沿弦的壓力係數曲線的積分。由嚴格的水平面得到的二維機翼剖面的升力係數與可以通過對壓力分布係數積分來計算，也可以計算出分布的線之間的面積。下面的表達式不適用於直接數值積分，因為它沒有考慮到壓力誘導升力的方向：

其中：
cpt 為下表面的壓力係數；

cpu 為上表面的壓力係數；

xle 為機翼前緣位置；

xte 為機翼後緣位置；