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边界层分离理论

边界层分离理论
化工91 09038023 张振
当流体在大雷诺数条件下运动时,可把流体的粘性和导热看成集中作用在流体表面的薄层即边界层内。

边界层是一个薄层,它紧靠物面,沿壁面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流动区域。

粘性应力对边界层的流体来说是阻力,所以随着流体沿物面向后流动,边界层内的流体会逐渐减速,增压。

由于流体流动的连续性,边界层会变厚以在同一时间内流过更多的低速流体。

因此边界层内存在着正压梯度,流动在正压梯度作用下,会进一步减速,最后整个边界层内的流体的动能都不足以长久的维持流动一直向下游进行,以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反,即产生逆流。

该逆流会把边界层向势流中排挤,造成边界层突然变厚或分离。

对于理想流体而言,由于没有黏性,也就没有黏性应力,因此无法发生边界层分离现象。

当然,绝对的理想流体是不存在的。

边界层要分离必须满足两个条件:一个是流体有粘性,第二个是流体必须流过物面。

因为边界层分离总是有害的,所以我们要尽量控制边界
层使其尽量不分离,那么如何能做到控制边界层分离呢,可从以下几方面入手:
1. 改变物体形状。

通过改变物体形状可以改变物体物面上的
压力梯度,尽可能缩小分离区,如工业中多采取流线型物面来实现这一点
2.增加边界层内流体的动量。

该方法可以提高流体微团抵抗
逆压梯度的能力,进而使分离点后移
3.对于钝物,人工激流也是一种减少形状阻力的有效措施,
该方法在船模实验中非常实用。

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