边界层理论课件.ppt

5.6、边界层的分离现象 气流绕翼型的流动 与边界层分离现象 需要指出的是：逆压梯度和壁面粘性剪切的阻滞作用是边界层分离的必要条件，但不是充分的，也就是说只有在一定的逆压梯度下，才有可能发生分离。 翼型小攻角时不分离流谱 5.6、边界层的分离现象 翼型大攻角时分离流谱 5.6、边界层的分离现象 5.6、边界层的分离现象 顺压梯度时边界层变薄，不分离 5.6、边界层的分离现象 逆压梯度时边界层增厚可能分离 5.6、边界层的分离现象 无压强梯度时边界层虽然变厚，但一般不分离 5.6、边界层的分离现象 相同逆压梯度下湍流边界层（下） 抵抗分离的能力强于层流边界层 （上） 5.6、边界层的分离现象 同一扩压段中层流边界层与湍流边界层流态的对比 层流边界层在一定逆压下分离 湍流边界层能够抵抗一定的逆压梯度而不分离 (较大逆压下仍然会分离) 5.6、边界层的分离现象 5.6、边界层的分离现象 现在我们可以理解，麻的高尔夫球之所以比光的高尔夫球打得更远的物理原因在于：麻面使层流边界层很快转捩成为湍流边界层，湍流的横向输运特性使其具有较饱满的速度型和抵抗逆压梯度的能力，因此麻面高尔夫球具有较小的分离尾迹和流动阻力。 5.6、边界层的分离现象 5.6、边界层的分离现象 2、在不同压力梯度区边界层的速度分布特征 根据边界层方程，在壁面上 压力梯度对边界层内流动速度分布产生一定的影响。 对于顺压梯度的情况，有 对于逆压梯度的情况，有 5.6、边界层的分离现象 对于零压梯度的情况，有 由此可见，随着压力梯度的变号，边界层速度分布的曲率将改变符号。根据理想流结果，绕过如图曲面时速度将经历从加速达到最大然后减速的过程，对应的压强也会从顺压变化为逆压，从而边界层速度分布的曲率也将改变。 5.6、边界层的分离现象 对于顺压梯度区，压力沿程减小，速度沿程增加。在壁面处，u 关于 y 是凸曲线： 另一方面，在边界层的外边界上，有 由此说明，在顺压梯度区，边界层内的速度沿y方向是单调增加的，分布曲线无拐点，是一条向外凸的光滑曲线，流动是稳定的。 随着速度沿程增加，压力沿程减小，在壁面某处速度达到最大，压强达最小，此后流动将逆压而行。在最小压强点有： 说明物面是速度分布的拐点，在边界层的外边界上仍然有： 与顺压区速度分布相比，速度分布开始变尖瘦 u y y y 5.6、边界层的分离现象 5.6、边界层的分离现象 进入逆压梯度区，压力沿程增加，速度沿程减小。在壁面处，有 另一方面，在边界层的外边界上，仍然有 于是在边界层内 ，速度分布曲率从正变为负，在某点处必然有 这一点是速度分布的拐点。拐点的出现改变了速度分布的形状，在拐点以上为外凸型，在拐点以下为外凹型。 可见随着流体质点向下游流动从压力最小点进入逆压区，拐点从物面上向外边界移动，物面近区的速度分布愈来愈瘦小。当拐点移动到某点时，物面处出现： 该点称为分离点。其速度及其梯度分布曲线为： y y y u 5.6、边界层的分离现象 在分离点下游区，有 发生了回流，回流把主流推离壁面，边界层假设失效。 y y u y 逆压梯度愈大，边界层分离愈靠前。 边界层分离后，流动特征发生了变化。如： （1）从分离点不断脱离出旋涡，在分离点下游形成不稳定的旋涡区。 （2）在分离 点后出现低压区（或负压区），从而大大增加了绕流物体的阻力。 5.6、边界层的分离现象 u y y y 随压强梯度变化，速度及其梯度分布的变化趋势对比： 顺压 零压 逆压、尚未分离 y y u y 逆压、分离点 逆压、倒流 y y y u 本章基本要求 掌握边界层的概念、意义和特征 边界层近似、边界层的量级、边界层的各种厚度定义及其意义 掌握边界层微分方程及其所表示的基本性质 量级分析方法、惯性力与粘性力的量级关系、压强梯度特点 了解边界层微分方程的相似解（勃拉休斯解、数值解）法思路及其结果。 掌握卡门动量积分关系式及其边界层近似解法 掌握边界层的分离现象以及边界层在不同压力梯度区的速度分布特征；掌握 分离的本质、分离的必要条件：粘性和逆压梯度、层流边界层与湍流边界层抵抗分离能力的不同及其原因 第一步，求位流解。这时，略去边界层与尾迹，求解理想流体对物体的绕流问题，这个问题已在理想流体力学中解决了。所以，假设物体表面的速度分布已经求得，因边界层很薄，故可视为边界层外边界上的切向速度分布。即在任一坐标 x 处： 时 ，沿边界层外边界，伯努利方程成立： 5.2、平面不可压缩流体层流边界层方程 因此，边界层内的压强分布通过位流解得到了，即 是一个已知函数。 3.定常层流边界层问题解法概述