流體力學之外部繞流(編輯修改稿)
2025-05-30 12:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 邊界層分離的根本 原因 是粘性的存在，分離的 條件是逆壓梯度。 在順壓梯度（ ）的平板邊界層中，不管平板有多長，流動不會分離；同樣，在理想流體繞流流動中，即使存在大的逆壓梯度，也不會發(fā)生分離。 層流邊界層與紊流邊界層都會發(fā)生分離，但是在相同的逆壓梯度下，層流邊界層比紊流邊界層更容易發(fā)生分離。 0px? ??起初，人們認為表面光滑的球飛行阻力小，因此當時用皮革制球。 最早的高爾夫球（皮革已龜裂） 后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠。 這個謎直到 20世紀建立流體力學邊界層理論后才解開。 EXIT 后來發(fā)現(xiàn)表面有很多劃痕的舊球反而飛得更遠。 這個謎直到 20世紀建立流體力學邊界層理論后才解開。 光滑的球 表面有凹坑的球 EXIT 現(xiàn)在的高爾夫球表面有許多窩，在同樣大小和重量下，飛行距離為光滑球的 5倍。 EXIT 邊界層分離后將產(chǎn)生旋渦，并不斷被主流帶走，在物體后面形成尾渦區(qū)，尾渦區(qū)內(nèi)的流體由于旋渦的存在，產(chǎn)生很大的摩擦損失，消耗能量，所以 邊界層分離產(chǎn)生很大的阻力損失 。 邊界層的分離是形成形狀阻力的主要原因 ，一般比摩擦阻力大得多。對于有尖角的物體，流動在尖角處分離。愈是流線型物體，分離點愈靠后，飛機、汽車、火車外形盡量做成流線型，以推遲分離，縮小旋渦，減小形狀阻力。 曲面附面層的分離現(xiàn)象與卡門渦街 卡門渦街 （ Karman Vortex Street） ?定常流繞過某些物體時，在一定條件下，物體兩側周期性的脫落出旋渦，使物體后面形成旋轉方向相反、有規(guī)則交錯排列的漩渦組合，稱為 卡門渦街 。 例如 圓柱繞流 ，在圓柱體后半部分，流動處于減速增壓區(qū)，附面層將要發(fā)生分離，圓柱體后面的流動圖形取決于 ?duRe 0?式中， u0為來流流速； d為圓柱體直徑； ν 為流體運動粘性系數(shù) 卡門渦街 高爾夫球和汽車的阻力同尾部漩渦流有關，用圓柱繞流流場顯示和數(shù)值模擬技術可觀察尾流圖像。 EXIT 卡門渦街 曲面附面層的分離現(xiàn)象與卡門渦街 ?如圖所示 ， 當 Re40時 ， 附面層對稱的在Ｓ處發(fā)生分離 ， 形成一組 對稱旋渦 。 在 Re=40～ 70時 ， 尾流出現(xiàn) 周期性振蕩 。 Re90， 旋渦從柱體后部交替地釋放出來 ， 形成了 卡門渦街 。 Re150， 渦街消失 ， 但旋渦的產(chǎn)生仍然是周期性的 ， 隨著 Re數(shù)繼續(xù)加大 ， 周期性振動消失 ， 變成不規(guī)則的高頻振動了 。 曲面附面層的分離現(xiàn)象與卡門渦街 由于旋渦交替地離開圓柱體，對圓柱體產(chǎn)生了垂直于主流方向周期性的作用力 ， 如果這個頻率與柱體的自然頻率接近時，就要發(fā)生
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