第六章 邊界層流動

1、 粘性繞流的流動特征與粘性阻力，粘性繞流的流動特征與粘性阻力，阻力產(chǎn)生與減阻。阻力產(chǎn)生與減阻。 a German (1904)，近代流體力學(xué)的奠基人。近代流體力學(xué)的奠基人。 Wing：streamlined body Blunted bodies90% by swimmers shape； 10% by friction between skin or costume and the water. Large Reynolds Number Flow 低速飛機(jī)：低速飛機(jī)：L30m， U0=100m/s，n n =1. 510-5m2/s 85102105 . 130100Re高速船舶：高速船舶

2、： U0=50kn25m/s:86106 . 61014. 13025ReRe1 流動意味著粘性力相對于慣性力很小，流動意味著粘性力相對于慣性力很小， 速度梯度很大的薄層。粘性在該薄層內(nèi)起作用速度梯度很大的薄層。粘性在該薄層內(nèi)起作用。 全流場分成二個(gè)流動區(qū)域（全流場分成二個(gè)流動區(qū)域（Plandtl BL Model） d(x)u(x,y)xyU0oUe圖6.1.1 平壁面繞流的邊界層0.99UeUeLUeRe1尾渦區(qū)外部勢流邊界層流圖6.1.2 大Re數(shù)繞流流場劃分uys uUe幾何尺度幾何尺度xL，yL；流動尺度；流動尺度uU0，vU0。 可略去粘性可略去粘性的作用，的作用，無粘流無粘流。

3、幾何尺度幾何尺度xL，yd。速度梯度大，考慮。速度梯度大，考慮粘性粘性。 (Standard Boundary Layer Thickness)u=0.99Ue 處的處的y 值值 。Re大時(shí)大時(shí)邊界層很薄邊界層很薄，約為，約為毫米的量級毫米的量級。 1Re220202022LLLUULUyuxuuLddndnnLLRe1dxxRe1d0ReUxxxndnxUx0Re 邊界層內(nèi)慣性力與粘性力之比屬同量級邊界層內(nèi)慣性力與粘性力之比屬同量級: )(0*1dddyUueUe*DCBADCA*d0.99Uexy圖9.1.3 邊界層排擠厚度eeeUdyUdyUudy*000*ddddd(dd0*dyuUU

4、ee 厚度為厚度為d 的理想流體進(jìn)入邊界層時(shí)的流量損失等于損失了厚的理想流體進(jìn)入邊界層時(shí)的流量損失等于損失了厚度為度為d *的理想流體的流量的理想流體的流量d *Ue。它被排向主流，使主流的流線。它被排向主流，使主流的流線較勢流流線外移較勢流流線外移d d *。相當(dāng)于。相當(dāng)于勢流中物體增加了勢流中物體增加了d * (x)厚度厚度。 邊界層內(nèi)損失的動量相當(dāng)于厚度為邊界層內(nèi)損失的動量相當(dāng)于厚度為q q 的理想流體動量。的理想流體動量。 Ue*DCBADCA*d0.99Uexy圖9.1.3 邊界層排擠厚度)(01dqdyUuUuee(LeefUdyuUuDq20 它們都是流向位置它們都是流向位置 x

5、 的函數(shù)，隨的函數(shù)，隨x的增加而增厚。的增加而增厚。 1eUuddq*（1）邊界層很?。海┻吔鐚雍鼙。海?）邊界層內(nèi)速度梯度很大，粘性不可忽略：）邊界層內(nèi)速度梯度很大，粘性不可忽略：（3）邊界層內(nèi)壓力沿壁面法向不變，等于外部勢流壓力：）邊界層內(nèi)壓力沿壁面法向不變，等于外部勢流壓力：（4）邊界層內(nèi)速度分布具有漸進(jìn)性：）邊界層內(nèi)速度分布具有漸進(jìn)性：（5）邊界層內(nèi)流動是有旋流動邊界層內(nèi)流動是有旋流動（6）邊界層內(nèi)流動也有層流、絮流兩種流態(tài)。邊界層內(nèi)流動也有層流、絮流兩種流態(tài)。1Re1LLd1yueyUu99. 0d0ypepp 0dyyu不可壓縮流體、平面、定常粘性流動不可壓縮流體、平面、定常粘性流

6、動 123S5邊界層外緣E圖6.3.1 邊界層內(nèi)的流動示意圖00yu0ddxp0ddxp0ddxp00yu00yu 13：順壓梯度區(qū)順壓梯度區(qū)35：逆壓梯度區(qū)逆壓梯度區(qū)S S：分離點(diǎn)：分離點(diǎn)S S點(diǎn)后：分離區(qū)點(diǎn)后：分離區(qū)存在逆壓梯度區(qū)；存在逆壓梯度區(qū)； 壁面或粘性對流動的阻滯。壁面或粘性對流動的阻滯。 Plandtl分離判據(jù)（二維定常邊界層流動）。分離判據(jù)（二維定常邊界層流動）。 確定分離點(diǎn)確定分離點(diǎn)S的位置的位置 在分離點(diǎn)處在分離點(diǎn)處 層流邊界層容易分離；湍流邊界層不易分離，分離點(diǎn)將后移、層流邊界層容易分離；湍流邊界層不易分離，分離點(diǎn)將后移、尾跡變窄。尾跡變窄。 邊界層離體，形成尾流（尾跡）。邊界層離體，形成尾流（尾跡）。00yyusxsx123S5邊 界 層 外緣E圖9.5.1 邊界層內(nèi)的流動示意圖00yu0ddxp0