边界层的基本概念.ppt

5-4 边界层的基本概念1.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？2.1904年德国年德国普朗特普朗特提出提出边边界界层层的概念。的概念。这对这对解决解决实实际际流体流体绕绕行行问题问题做出了前所未有的做出了前所未有的贡贡献。因献。因为为在此在此之前，运用理想流体理之前，运用理想流体理论论根本无法解决根本无法解决绕绕流物体的流物体的阻力阻力问题问题。3.在在自自然然界界和和工工程程实实际际中中，有有大大量量流流体体绕绕流流物物体体的的流流动动问问题题。实实际际流流体体都都有有粘粘性性，在在大大雷雷诺诺数数的的绕绕流流中中，由由于于流流体体惯惯性性力力远远大大于于作作用用于于流流体体的的黏黏性性力力，黏黏性性力力相相对对于于惯惯性性力力可可忽忽略略不不计计，将将流流体体视视为为理理想想流流体体。由由理理想想流流体体的的流流动动理理论论求求解解流流场场中中的的速速度度分分布布。但但在在靠靠近近物物体体的的一一薄薄层层内内，由由于于存存在在强强烈烈的的剪剪切切流流动动，黏黏性性力力与与惯惯性性力力处处于于相同的数量相同的数量级级，从而不能忽略。，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：Re7110604.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。5.当粘性流体以大雷当粘性流体以大雷诺诺数平滑地数平滑地绕绕流静止物流静止物体体时时，在壁面附近将出，在壁面附近将出现现一个流速由壁面一个流速由壁面上的零上的零值值迅速增至与来流速度相同数量迅速增至与来流速度相同数量级级的薄的薄层层，称，称为边为边界界层层或者附面或者附面层层。边边界界层层的概念的概念它的范围：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6.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7.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8.判判别层别层流流边边界界层层和紊流和紊流边边界界层层的的标标准仍然是雷准仍然是雷诺诺数。数。当当时时RexRecr边边界界层层内内时层时层流状流状态态，RexRecr，边边界界层层内内时时紊流状紊流状态态。影响它影响它们们们们的因素的因素还还主要是雷主要是雷诺诺数的影响，数的影响，而影响雷而影响雷诺诺数的因素有很多，来流紊流度。数的因素有很多，来流紊流度。物体表面的粗糙度等都会影响物体表面的粗糙度等都会影响临临界雷界雷诺诺数数的数的数值值。事。事实实表明，增加来流紊流度和物表明，增加来流紊流度和物体表面粗糙度都会降低体表面粗糙度都会降低临临界雷界雷诺诺数，是紊数，是紊流流边边界界层层提前出提前出现现。9.