高等工程流體力學(xué)樣本

1、內(nèi)容提綱邊界層及其方程層流邊界層流動(dòng)轉(zhuǎn)捩湍流邊界層結(jié)構(gòu)流動(dòng)分離、二次流動(dòng)與旋渦能源動(dòng)力領(lǐng)域流動(dòng)問題的主要特征全三維非定常粘性口高雷諾數(shù)，邊界層口邊界層：層流、轉(zhuǎn)捩、湍流（紊流），分離流動(dòng)，旋渦運(yùn)動(dòng)葉輪機(jī)械（透平和壓氣機(jī)等）大多由單個(gè)或多個(gè)級(jí)組成。每個(gè) 級(jí)含有一排靜子葉片列和一排轉(zhuǎn)子葉片列。在級(jí)內(nèi)的氣流場(chǎng)中, 一般至少有以下幾種流動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生：1、前緣馬蹄渦；2、通 道渦；3、頂部間隙渦；4、邊界層轉(zhuǎn)捩；5、葉片尾跡；6、 旋渦、尾跡等與葉片列周期性非定常相互作用?？诩げā⒓げㄅc邊界層相互作用邊界層流動(dòng)口邊界層邊界層概念：粘性很小的流體以大雷諾數(shù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在大部分流場(chǎng)上能夠 略去粘性的作用；但在物面

2、附近的很薄的一層流體內(nèi)必須考慮粘性作用。這一薄 層流體稱為邊界層。,發(fā)展申的尾帶就展完成的是直邊界辰& E平板邊界層示意圖,發(fā)展申的尾帶就展完成的是直邊界辰& E平板邊界層示意圖有邊界的流動(dòng)圖如右上圖所示：流動(dòng)分為三個(gè)區(qū)：邊界層，尾跡區(qū)，位流區(qū)（外部勢(shì)流區(qū)） 二維平板的邊界層微分方程設(shè)直勻流以零迎角平行流過一塊於度為的平板，如左下圖所示，人為 規(guī)定，當(dāng)某個(gè)y處的速度達(dá)到層外自由流的99%時(shí)，這一點(diǎn)到（體表面的距離 （即y）稱為邊界層在改點(diǎn)的厚度，記為。顯然，邊界層的厚度是與X有關(guān) 的，因此能夠?qū)懗桑╝）總體情況（b）局部放大情況平板邊界層邊界層的厚度（x）很小，滿足此關(guān)系式X：）l 在忽略質(zhì)量

3、力的前提下，粘性平面不可壓流的運(yùn)動(dòng)方程加上連續(xù)方程是:du du du 1 dpd 2u d 2瓦+u瓦2旬”B瓦頂保+苗）dudu du_ 1 dpd 20 d 2U瓦+u云2習(xí)=一B否京+標(biāo)）du du+=0 dx d-y用邊界層條件式（X）l上式，y的數(shù)值限制在邊界層之悔：即5經(jīng)過數(shù)量級(jí)分析，上面方程組化為： TOC o 1-5 h z CCCPCdududu1 dpd 2u+ u +u= + Vdtdxdyp dxdy 2du du+=0 dxdy的物理意義：在邊界層內(nèi)，沿物體表面的發(fā)法線方向壓強(qiáng)是不變的,亦即等于邊界層處自由流的壓強(qiáng)。,卡門動(dòng)量積分關(guān)系解采用動(dòng)量積分法得出控制面ABC

4、D的動(dòng)量變化:-dt - dx( P pu2 亦即等于邊界層處自由流的壓強(qiáng)。,卡門動(dòng)量積分關(guān)系解采用動(dòng)量積分法得出控制面ABCD的動(dòng)量變化:-dt - dx( P pu2 - dy-u -f8 pu dy)dx o8 dx o其中：U8為邊界層邊界上的流速。作用在AB, BC, CD, AD四個(gè)面上的力在x方向上投影的合力的沖量*芯根據(jù)動(dòng)量定理得dJ8pu2. dy-、4J8pudy=-(8-d+T) dx 08 dx 0dx w即定常流動(dòng)的邊界層動(dòng)量積分關(guān)系式，也叫卡門一波爾豪森(Karman-Pohlhausen)動(dòng)量積分關(guān)系式。該式不但適用于層流邊界層，也適用于準(zhǔn)定常紊流邊界層；不但適用

5、于平 板，也適用于微彎曲面；既適用于不可壓流，也適用于可壓流。引入兩個(gè)新的概念：一個(gè)叫位移厚度5 *,另一個(gè)叫動(dòng)量損失厚度 。分別定義如下:平板邊界層示意圖18 * = J8 (1-機(jī))dy0u89=f8U (1-U )dy0 U u888*的物理意義：相當(dāng)于流線在邊界層邊界處被推出邊界層外的距離，為了把粘性考慮進(jìn)去，就要把按理想流算出的流型各點(diǎn)的y坐標(biāo)都增加當(dāng)?shù)匚灰坪穸?那么大的尺寸。0的物理意義： .營(yíng)，wP、2.0 = J 0 (P、U - pu2)dy等號(hào)右側(cè)第一項(xiàng)是實(shí)際流量乘以層外流速這樣一個(gè)假想動(dòng)量，而第二項(xiàng)則是 u實(shí)際流量乘以實(shí)際流速 ，這是實(shí)際動(dòng)量。二者之差就是層內(nèi)那部分流量在沒JU, 0 , ,、= 乂 ,有粘性力作用時(shí)應(yīng)有的動(dòng)量與粘性力作用時(shí)的實(shí)際動(dòng)量之差，也就是由于有粘性力作用而損失的動(dòng)量，這些損失的動(dòng)量折合成以流動(dòng)的，厚度為的一層流體所具有的動(dòng)量，動(dòng)量損失厚度即為：0pupu2 dy(1-E)dy0 pu 20 u u0pu 280u8u8然后，引用符號(hào)(形狀因子亍8*/0，邊界層動(dòng)量積分關(guān)系式能夠改寫為：d0u .0Tdu+ (2 + H) =u =-dxupu 2其中dx采用控制體方法建立積分關(guān)系式在定常流動(dòng)的流體中，沿邊界層劃出一個(gè)單位寬度的微小控制體，它的投影面ABDC。由作為x軸的物體壁