繞流運(yùn)動(dòng)、邊界層分離現(xiàn)象(編輯修改稿)
2025-09-11 20:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 dxdUyvdxdxxx??/? xxd/d推導(dǎo)附面層的動(dòng)量積分關(guān)系式用圖 A B 又根據(jù)勢(shì)流的伯努里方程 注意到上式 ， 則式 （ 849） 可寫(xiě)成 常數(shù) 則有 ?? 221 eup ?xuuxp ee dddd ???0002dddddddd ????? ?? ????????????????????? xuuyuxUyuxeexx考察附面層的動(dòng)量積分方程式可以看到，方程中含有五個(gè)未知量 ： 、 、 、 、 ，其中 和 可由主流區(qū)的勢(shì)流方程求得，剩下的三個(gè)未知量是 、 、 ，因此要求解附面層動(dòng)量積分方程，原則上還需要補(bǔ)充兩個(gè)方程，即 (1) 滿(mǎn)足繞流物體壁面條件和附面層外邊界條件的速度分布 ； (2) 與速度分布有關(guān)的 與 的關(guān)系式。事實(shí)上， 與 的關(guān)系可根據(jù)附面層內(nèi)的速度分布求出 。 p U xu ?0?U pxv?0?）（ yfvx ?W? ?W? ?第九節(jié) 曲面邊界層分離現(xiàn)象 卡門(mén)渦街 如前所述，當(dāng)不可壓縮黏性流體縱向流過(guò)平板時(shí)，在邊界層外邊界上沿平板方向的速度是相同的，而且整個(gè)流場(chǎng)和邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)都保持不變。當(dāng)黏性流體流經(jīng)曲面物體時(shí)，邊界層外邊界上沿曲面方向的速度是改變的，所以曲面邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)也將同樣發(fā)生變化，對(duì)邊界層內(nèi)的流動(dòng)將產(chǎn)生影響。曲面邊界層的計(jì)算是很復(fù)雜的，這里不準(zhǔn)備討論它。這一節(jié)將著重說(shuō)明曲面邊界層的分離現(xiàn)象。 一、曲面邊界層的分離現(xiàn)象 在實(shí)際工程中，物體的邊界往往是曲面（流線(xiàn)型或非流線(xiàn)型物體）。當(dāng)流體繞流非流線(xiàn)型物體時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)下列現(xiàn)象：物面上的邊界層在某個(gè)位置開(kāi)始脫離物面， 并在物面附近出現(xiàn)與主流方向相反的回流，流體力學(xué)中稱(chēng)這種現(xiàn)象為邊界層分離現(xiàn)象，如 圖 所示。流線(xiàn)型物體在非正常情況下也能發(fā)生邊界層分離，如圖所示。 （ a）流線(xiàn)形物體；（ b）非流線(xiàn)形物體 曲面邊界層分離現(xiàn)象示意圖 邊界層 外部流動(dòng) 外部流動(dòng) 尾跡 外部流動(dòng) 外部流動(dòng) 尾跡 邊界層 現(xiàn)以不可壓縮流體繞流圓柱體為例，著重從邊界層內(nèi)流動(dòng)的物理過(guò)程說(shuō)明曲面邊界層的分離現(xiàn)象。當(dāng)黏性流體繞圓柱體流動(dòng)時(shí)，在圓柱體前駐點(diǎn) A處，流速為零，該處尚未形成邊界層，即邊界層厚度為零。 隨著流體沿圓柱體表面上下兩側(cè)繞流，邊界層厚度逐漸增大。層外的流體可近似地作為理想流體，理想流體繞流圓柱體時(shí)，在圓柱體前半部速度逐漸增加，壓強(qiáng)逐漸減小，是加速流。當(dāng)流到圓柱體最高點(diǎn) B時(shí)速度最大，壓強(qiáng)最小。到圓柱體的后半部速度逐漸減小，壓強(qiáng)逐漸增加，形成減速流。由于邊界層內(nèi)各截面上的壓強(qiáng)近似地等于同一截面上邊界層外邊界上的流體壓強(qiáng)，所以，在圓柱體前半部邊界層內(nèi)的流動(dòng)是降壓加速，而在圓柱體后半部邊界層內(nèi)的流動(dòng)是升壓減速。 因此，在邊界層內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)除了受到摩擦阻力的作用外，還受到流動(dòng)方向上壓強(qiáng)差的作用。在圓柱體前半部邊界層內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)受到摩擦阻滯逐漸減速，不斷消耗動(dòng)能。但由于壓強(qiáng)沿流動(dòng)方向逐漸降低，使流體質(zhì)點(diǎn)得到部分增速，也就是說(shuō)流體的部分壓強(qiáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，從而抵消一部分因摩擦阻滯作用而消耗的動(dòng)能，以維持流體在邊界層內(nèi)繼續(xù)向前流動(dòng)。 但當(dāng)流體繞過(guò)圓柱體最高點(diǎn) B流到后半部時(shí)，壓強(qiáng)增加，速度減小，更促使邊界層內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的減速，從而使動(dòng)能消耗更大。當(dāng)達(dá)到
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