西安交通大学《流体力学》第15讲 粘性不可压缩流体绕物体流动（下）.pptVIP

曲壁边界层分离现象 (3)E点:逆压梯度的反推作用形成倒流，而靠近边界层外边界的流体仍流向下游。 边界层外边界 δ (4) DF：ux=0点的连线，速度间断面。 粘性作用与存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件 曲壁边界层分离现象 相同的逆压梯度下，层流边界层比紊流边界层相同的逆压梯度下，层流边界层比紊流边界层更容易发生分离 尾迹区 边界层分离后不断卷起旋涡，并流向下游形成尾迹；尾迹在物体下游沿伸一段距离 尾迹区中流动为粘性有旋 旋涡耗散能量 流动分离后粘性作用区域不再 流动分离后粘性作用区域不再是小量，流动有效边界不再是 是小量，流动有效边界不再是物体表面，分离点有可能上移 绕流物体的阻力 粘性流体绕流物体的合力分为： 阻力 FD ：与来流方向平行 升力 FL：与来流方向平行 绕流物体的粘性阻力分为： 摩擦阻力：物面上切向力的合力在来流方向的分 量，是粘性的直接作用结果。 形状阻力（压差阻力）：物面上法向力（压力） 的合力在来流方向的分量，粘性间接 作用的结果。 绕流物体的阻力 A：迎流面积或其它指定面积 CD ：阻力系数（摩擦阻力、压差阻力） 摩擦阻力为主 压差阻力为主 绕流物体的升力 升力的产生（机翼绕流） 总结 一、概念 2、曲壁边界层分离的必要条件；逆压梯度的数学描述。 1、顺流平板层流边界层、光滑平板紊流边界层、混合边界层的厚度、阻力系数（层流问题采用勃拉休斯精确解）和阻力计算公式（参考面积、来流动压和阻力系数的关系）；壁面切应力与到平板前缘距离的定性关系； 二、计算 1、顺流平板层流边界层、紊流边界层（光滑平板）、混合边界层的计算（厚度、阻力、功率等）； * 第15讲 粘性不可压缩流体绕物体流动（下） * 顺流平板层流边界层 顺流光滑平板紊流边界层 顺流平板混合边界层 曲壁边界层分离现象 绕流物体的阻力和升力 总结 顺流平板层流边界层 问题 δ(x) 前缘 层流 均匀来流 粘性、不可压、定常、二元 层流边界层，板长为 层流边界层，板长为L U 边界层厚度 y x 外部势流沿流动方向压强梯度、速度梯度为零 顺流平板层流边界层 即 δ(x) 前缘 层流 补充方程1 U y x 补充方程2 顺流平板层流边界层 确定a，b，c 1）粘性流动无滑移条件 2）边界层外边界上，速度等于势流的内边界 3）边界层外边界上，摩擦应力为0 4）顺流平板的情况下， 顺流平板层流边界层 确定a，b，c 顺流平板层流边界层 边界条件 层流边界层厚度与流体性质、来流速度及 距前缘的距离有关 随着离平板前缘距离x的增大，壁面切应力减小 顺流平板层流边界层 壁面摩擦力 x O x dx l b 阻力系数 阻力等于阻力系数，来流动压和参考面积的乘积 勃拉修斯（Blasius）通过求解边界层的微分方程组，得到零压强梯度情况下平板层流边界层的精确解。 顺流光滑平板紊流边界层 紊流边界层特点 随机涡运动 动量交换剧烈 厚度较大，增长较快 时均速度分布更均匀 壁面处速度梯度更大 层流底层，速度迅速由0增加到核心区速度 顺流光滑平板紊流边界层 问题 外部势流为均匀来流 在紊流情况下，通常将边界层内的速度分布规律与圆管内充分发展紊流的速度分布一样，即边界层外边界上的速度相当于圆管轴线上的最大速度，边界层厚度相当于圆管半径 边界层内 顺流光滑平板紊流边界层 补充方程 紊流边界层速度分布 紊流边界层切应力分布 顺流光滑平板紊流边界层 动量积分方程 边界条件 平板一侧的壁面摩擦力 实验修正后 Schlichting公式 顺流光滑平板紊流边界层 阻力系数 实验修正后 Schlichting公式 顺流平板混合边界层 转捩段 顺流平板 顺流平板混合边界层 阻力的简单模型 层流 紊流 全部紊流 xcr之前紊流 xcr之前层流 顺流平板混合边界层 较精确模型 层流 紊流 转捩点 摩擦力，动量损失厚度连续 长度为L的板的阻力系数 粗糙平板紊流边界层 完全粗糙区 假定平板前缘假定平板前缘开始形成的就开始形成的就是紊流边界层 曲壁边界层分离现象 理想流体绕曲壁流动 A → B 顺压梯度 B → C 逆压梯度 曲壁边界层分离现象 (1)C点，最小压力， (2)D 点近壁处的流体动能消耗殆尽，有ux=０，即 边界层外边界 δ *