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二维定常边界层分离

已有 6291 次阅读 2015-1-30 16:07 |系统分类:科研笔记| 边界层分离

1,当流体流过一个钝体(如桥墩)障碍物时,流体一般能沿迎着来流的那部分物面光滑的流过,但在钝体后部的流场就变的很复杂,有时候会存在一个回流区,有时是一片混乱的尾迹,随着Re数的高低有所不同,这种现象称为流动分离。


2,分离总是大雷诺数下的流动特性。所以这里讨论的是边界层内的流动分离现象。

边界层内的流动,其懂了过程有惯性力,压力梯度和粘性力之间的相互平衡所决定,其中粘性力总是对流动起着阻碍作用,使流动减速。边界层内压力梯度的方向则决定于外流的方向:当顺压梯度时(dP/dx<0),它可以使边界层内的流动加速,增加边界层内流体质点的动能,从而保证层内流体质点有足够动能克服粘性摩擦,能顺利的流向下游。 

当是逆压梯度(dP/dx>0), 则此时层内流体质点受到“逆压”和“粘性”两方面的阻滞,使动能迅速减小,就会在某处耗尽动能而滞止下来。又由于靠近物面,流速越小,所以这种情形总是在物面附近首先发生一旦这种情形发生,根据连续性的要求,下游流体就会在“逆压”梯度作用下发生倒流。

两股流体相汇的结果是回流流体把从上游来的流体“挤”出物面,使边界层内流体进入流体深处。这种现象称为边界层分离。


3,二维定常边界层分离判据:

(du/dy)0=0,即在物面上的y方向的速度梯度为0,壁面粘性力为0, 壁面粘性力沿着x方向的梯度在y=0处为负。

4,分离常常给工程上带来很大的危害。例如造成机翼表面失速,阻力剧增。又如叶轮机械或扩压器若发生分离,不仅会带来大的机械能损失,更严重的会引起剧烈的喘振和旋转失速,甚至造成结构破坏。

5,一旦分离点被算出时,计算必须终止,分离以后边界层方程不再使用,所以用边界层方程只能求出分离点,而不能得到分离之后的流场情形,要计算出分离后的流场,必须借助于N-S方程。(回归)

6,自由边界层理论:除了在固壁面附近,在大Re数流动中可以应用边界层理论以外射流,自由剪切层和迹是无固壁面存在而应用于边界层理论的三种典型流动。







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1 蒋迅

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