第六章 边界层流动

1、 粘性绕流的流动特征与粘性阻力，粘性绕流的流动特征与粘性阻力，阻力产生与减阻。阻力产生与减阻。 a German (1904)，近代流体力学的奠基人。近代流体力学的奠基人。 Wing：streamlined body Blunted bodies90% by swimmers shape； 10% by friction between skin or costume and the water. Large Reynolds Number Flow 低速飞机：低速飞机：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 流动意味着粘性力相对于惯性力很小，流动意味着粘性力相对于惯性力很小， 速度梯度很大的薄层。粘性在该薄层内起作用速度梯度很大的薄层。粘性在该薄层内起作用。 全流场分成二个流动区域（全流场分成二个流动区域（Plandtl BL Model） d(x)u(x,y)xyU0oUe图6.1.1 平壁面绕流的边界层0.99UeUeLUeRe1尾涡区外部势流边界层流图6.1.2 大Re数绕流流场划分uys uUe几何尺度几何尺度xL，yL；流动尺度；流动尺度uU0，vU0。 可略去粘性可略去粘性的作用，的作用，无粘流无粘流。

3、几何尺度几何尺度xL，yd。速度梯度大，考虑。速度梯度大，考虑粘性粘性。 (Standard Boundary Layer Thickness)u=0.99Ue 处的处的y 值值 。Re大时大时边界层很薄边界层很薄，约为，约为毫米的量级毫米的量级。 1Re220202022LLLUULUyuxuuLddndnnLLRe1dxxRe1d0ReUxxxndnxUx0Re 边界层内惯性力与粘性力之比属同量级边界层内惯性力与粘性力之比属同量级: )(0*1dddyUueUe*DCBADCA*d0.99Uexy图9.1.3 边界层排挤厚度eeeUdyUdyUudy*000*ddddd(dd0*dyuUU

4、ee 厚度为厚度为d 的理想流体进入边界层时的流量损失等于损失了厚的理想流体进入边界层时的流量损失等于损失了厚度为度为d *的理想流体的流量的理想流体的流量d *Ue。它被排向主流，使主流的流线。它被排向主流，使主流的流线较势流流线外移较势流流线外移d d *。相当于。相当于势流中物体增加了势流中物体增加了d * (x)厚度厚度。 边界层内损失的动量相当于厚度为边界层内损失的动量相当于厚度为q q 的理想流体动量。的理想流体动量。 Ue*DCBADCA*d0.99Uexy图9.1.3 边界层排挤厚度)(01dqdyUuUuee(LeefUdyuUuDq20 它们都是流向位置它们都是流向位置 x

5、 的函数，随的函数，随x的增加而增厚。的增加而增厚。 1eUuddq*（1）边界层很薄：）边界层很薄：（2）边界层内速度梯度很大，粘性不可忽略：）边界层内速度梯度很大，粘性不可忽略：（3）边界层内压力沿壁面法向不变，等于外部势流压力：）边界层内压力沿壁面法向不变，等于外部势流压力：（4）边界层内速度分布具有渐进性：）边界层内速度分布具有渐进性：（5）边界层内流动是有旋流动边界层内流动是有旋流动（6）边界层内流动也有层流、絮流两种流态。边界层内流动也有层流、絮流两种流态。1Re1LLd1yueyUu99. 0d0ypepp 0dyyu不可压缩流体、平面、定常粘性流动不可压缩流体、平面、定常粘性流

6、动 123S5边界层外缘E图6.3.1 边界层内的流动示意图00yu0ddxp0ddxp0ddxp00yu00yu 13：顺压梯度区顺压梯度区35：逆压梯度区逆压梯度区S S：分离点：分离点S S点后：分离区点后：分离区存在逆压梯度区；存在逆压梯度区； 壁面或粘性对流动的阻滞。壁面或粘性对流动的阻滞。 Plandtl分离判据（二维定常边界层流动）。分离判据（二维定常边界层流动）。 确定分离点确定分离点S的位置的位置 在分离点处在分离点处 层流边界层容易分离；湍流边界层不易分离，分离点将后移、层流边界层容易分离；湍流边界层不易分离，分离点将后移、尾迹变窄。尾迹变窄。 边界层离体，形成尾流（尾迹）。边界层离体，形成尾流（尾迹）。00yyusxsx123S5边 界 层 外缘E图9.5.1 边界层内的流动示意图00yu0ddxp0