第八章绕流运动

1、第八章第八章 绕流运动绕流运动 本章主要论述理想不可压缩流体平面本章主要论述理想不可压缩流体平面无旋运动无旋运动,以及有关附面层以及有关附面层(边界层边界层)的基本的基本概念和阻力计算概念和阻力计算. 作为专业的应用之一作为专业的应用之一, 对对固体颗粒在空气中的升降的临界速度固体颗粒在空气中的升降的临界速度-悬悬浮速度也进行了分析与讨论浮速度也进行了分析与讨论.1.无旋运动无旋运动2.绕流运动与附面层基本概念绕流运动与附面层基本概念3.附面层分离及卡门涡街附面层分离及卡门涡街4.阻力计算阻力计算5.悬浮速度悬浮速度6.升力计算升力计算无旋流动无旋流动 流动场中各点旋转角速度等于零的运流动场中

2、各点旋转角速度等于零的运动，称为无旋流动动，称为无旋流动 0zyx)(21zuyuyzx)(21xuzuzzy)(21yuxuxyz势函数势函数 无旋流动一定有势函数无旋流动一定有势函数,反之有势则无旋反之有势则无旋.函数函数称为速度势函数称为速度势函数,则则dzudyudxudzzdyydxxdzyx流函数流函数 一切不可压缩流体的平面流动一切不可压缩流体的平面流动,无论有无论有旋流动或是无旋流动都存在流函数旋流动或是无旋流动都存在流函数. 函数函数称为流函数称为流函数,则则 dyudxudyydxxdxy 求流函数求流函数课堂练习课堂练习(07港航港航)假设不可压缩流体平面流场为假设不可压

3、缩流体平面流场为 ,检验此为何种流动检验此为何种流动?(A)无此种流动无此种流动 (B)有旋流动有旋流动(C)平面势流平面势流 (D)非定常流动非定常流动22,2xyyuxxyuyx绕流运动所受的力绕流运动所受的力 在绕流中，流体作用在物体上的力可在绕流中，流体作用在物体上的力可以分为两个分量：以分为两个分量： 1.垂直于来流方向的作垂直于来流方向的作用力，叫做升力；用力，叫做升力；2.另一平行于来流方向另一平行于来流方向的作用力，叫做阻力的作用力，叫做阻力 绕流阻力可分为：摩擦阻力与形状阻力。绕流阻力可分为：摩擦阻力与形状阻力。 1.摩擦阻力发生在紧贴物体表面流速梯度很摩擦阻力发生在紧贴物体

4、表面流速梯度很大的薄层内，这薄层叫附面层或边界层。大的薄层内，这薄层叫附面层或边界层。 2.形状阻力是流体绕曲面等物体时，附面层形状阻力是流体绕曲面等物体时，附面层发生分离，从而产生漩涡所造成的阻力。发生分离，从而产生漩涡所造成的阻力。这种阻力与物体形状有关，故称形状阻力。这种阻力与物体形状有关，故称形状阻力。也叫压差阻力。也叫压差阻力。附面层形成及其性质附面层形成及其性质 平板附面层平板附面层 二个流区二个流区,速度速度0.99U0处作为两区分界处作为两区分界 1.附面区附面区:粘性流体有旋流动粘性流体有旋流动 2.势流区势流区:理想流体无旋流体理想流体无旋流体 附面层厚度附面层厚度沿流向逐

5、渐增加，层流附沿流向逐渐增加，层流附面层转化为紊流附面层临界雷诺数为面层转化为紊流附面层临界雷诺数为 附面层意义：将流场划分为两个计算附面层意义：将流场划分为两个计算方法不同区域，即势流区和附面层方法不同区域，即势流区和附面层50100 . 55 . 3Rekxkxu管流附面层管流附面层 从入口到形成充分发展的管流的长度称从入口到形成充分发展的管流的长度称入口段长度，以入口段长度，以Xe表示。表示。Xe以后为充分发展以后为充分发展管流管流曲面附面层分离现象曲面附面层分离现象1.减压加速区减压加速区 2.增压减速区增压减速区分离点发生在增压减速区分离点发生在增压减速区 附面层分离后，物体后部形成

6、许多无规则的旋涡，附面层分离后，物体后部形成许多无规则的旋涡，由此产生形状阻力由此产生形状阻力解释流线型能减小形状阻力解释流线型能减小形状阻力卡门涡街卡门涡街物体后面形成有规则的交错排列的旋涡组合物体后面形成有规则的交错排列的旋涡组合涡街振动频率计算涡街振动频率计算斯特洛哈尔公式斯特洛哈尔公式 为振动频率为振动频率 解释产生横向振动对工程破坏力解释产生横向振动对工程破坏力 Re7 .191198. 00ufd5102250Ref平板层流附面层总摩擦力计算平板层流附面层总摩擦力计算此时只有摩擦阻力而无形状阻力此时只有摩擦阻力而无形状阻力 总摩擦力总摩擦力 此时此时220uACDffRe46. 1

7、fC平板紊流附面层总摩擦力计算平板紊流附面层总摩擦力计算 此时也只有摩擦阻力而无形状阻力此时也只有摩擦阻力而无形状阻力 总摩擦力总摩擦力 此时此时 (短板短板) 长板选用长板选用P245的式的式8-9-7或或8-9-8220uACDffRe1700Re074. 02 . 0fC平板附面层厚度计算平板附面层厚度计算平板层流附面层厚度平板层流附面层厚度平板紊流附面层厚度平板紊流附面层厚度0477. 5uxxxu51037. 0曲面绕流阻力计算曲面绕流阻力计算 绕流阻力包括摩擦阻力和形状阻力绕流阻力包括摩擦阻力和形状阻力,可可用斯托克斯公式计算用斯托克斯公式计算: 物体所受的绕流阻力物体所受的绕流阻

8、力 无因次的阻力系数无因次的阻力系数 物体面积物体面积 未受干扰时的来流速度未受干扰时的来流速度 流体密度流体密度220uACDdDdCA0u悬浮速度悬浮速度 为了研究在气力输送中为了研究在气力输送中,固体颗粒在何固体颗粒在何种条件下才能被气体带走种条件下才能被气体带走;在除尘室中在除尘室中,尘粒尘粒在何种条件下才能沉降在何种条件下才能沉降;在燃烧技术中在燃烧技术中,都要都要研究固体颗粒或液体颗粒在气流中的运动研究固体颗粒或液体颗粒在气流中的运动条件条件,这就提出了悬浮速度这个概念这就提出了悬浮速度这个概念.悬浮速度分析及计算悬浮速度分析及计算 绕流阻力绕流阻力微粒浮力微粒浮力微粒重力微粒重力当当D+BG时，微粒随气流上升时，微粒随气流上升当当D+BG时，微粒随气流沉降时，微粒随气流沉降当当D+B=G时，微粒处于悬浮状态时，微粒处于悬浮状态,此时此时20220812udCuACDddgdB361gdGm361gdgdudCmd3322616181gdCumd34系数系数 随随 而变的值而变的值如果如果 , 则则 代入得代入