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5-4 边界层的基本概念 目标 1.绕流现象的主要表现有哪些? 2.什么是附面层(边界层)、边界层分哪几 部分?边界层的特征有哪些? 3边界层流态如何判别,影响因素有哪些? 1904年德国普朗特提出边界层的概念。这对解决实 际流体绕行问题做出了前所未有的贡献。因为在此 之前,运用理想流体理论根本无法解决绕流物体的 阻力问题。 在自然界和工程实际中,有大量流体绕流 物体的流动问题。实际流体都有粘性,在 大雷诺数的绕流中,由于流体惯性力远大 于作用于流体的黏性力,黏性力相对于惯 性力可忽略不计,将流体视为理想流体。 由理想流体的流动理论求解流场中的速度 分布。但在靠近物体的一薄层内,由于存 在强烈的剪切流动,黏性力与惯性力处于 相同的数量级,从而不能忽略。 。 飞机飞行中: 机翼(特征长度)L:1m, 飞 行速度 U:100m/s, scm /133.0 2 = 则:Re711060 绕流现象的主要表现 总之,在气象、海洋、以及造船、航空、动力机械等领 域内存在大量的大雷诺数问题,即粘性较小的流体(水,空 气,蒸汽等)以较高的流速绕流物体。在这种情况下,流体 运动主要受惯性力支配,而粘性力的影响主要限于边界层范 围以内,这就是绕流现象重的基本力学性质。 如河流经水坝,飞行器在空中飞行。在热力发电厂中,绕流 现象也普遍存在,炉膛内高温烟气流过各种受热面,在汽轮 机,泵和风机内流体绕叶栅等。 当粘性流体以大雷诺数平滑地绕流静止物 体时,在壁面附近将出现一个流速由壁面 上的零值迅速增至与来流速度相同数量级 的薄层,称为边界层或者附面层。 边界层的概念 它的范围:通常把速度与物体表面为零 增大至势流区速度的99处这一范围定 义为边界层 边界层的基本特征 1.与被绕物体的长度相比,边界层厚度非常小。 2.边界层沿流动方向厚度逐渐增大。 3.流体的流速从物体表面为零,沿物体表面法线 方向迅速增加,即速度梯度增。 4.边界层内粘性力与惯性力属于同一数量级; 5.可近似的认为,边界层内沿物面法线方向压力 不变,均等于其外边界处压力值。 6.边界层内流体的流动也有层流和紊流两种流动 状态,相对应地分别称之为层流边界层和稳流边 界层。判别边界层内层流和紊流的准则数仍是雷 诺数 边界层中也存在着层流区、过渡区 和紊流区,过渡区和紊流区下面也 存在一个层流底层 判别层流边界层和紊流边界层的标准仍然是雷诺数。 当时RexRecr边界层内时层流状态, RexRecr,边 界层内时紊流状态。 影响它们们的因素还主要是雷诺数的影响 ,而影响雷诺数的因素有很多,来流紊流 度。物体表面的粗糙度等
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