边界层 --《水力学》第四章.doc

1． 平板边界层

² 平板上满足无滑移条件，u=0;
² 沿平板法线方向，流速很快增大到来流速度U0;
² 平板以上存在两个性质不同的流动区域：必须考虑粘性的边界层；粘性可以忽略，相当于理想液体的边界层外的流动；
² 边界层在平板前缘处厚度为零，随流动距离增加而增加；
² 随着流速梯度由大边小，边界层内也存在层流和紊流两种流态，在紊流区同样存在层流底层（粘性底层）；
² 管道进口段的边界层

2． 曲面边界层及其分离现象

² 圆柱面上
DE段：加速减压，压能向动能转化并克服摩阻力做功；
E点之后：减速加压，动能转化为压能并继续克服摩阻力做功；
S点：由于摩阻耗能和逆压的双重作用，此处流速为零。由于连续性，质点立即被外侧流动所带走，边界层在此分离；
SF段：形成回流并发展成旋涡，消耗大量能量；
F点：压强小于D点压强。

² 压差阻力：
摩阻耗能和旋涡耗能使得尾流区（边界层下游形成的旋涡区）物体表面的压强低于来流压强，形成压差阻力，因与物体形状有很大关系，也称形状阻力。
分离点越靠近下游，或尾流区越小，压差阻力就越小。
² 卡门涡街：
尾流的形态变化主要取决于来流的雷诺数，见下图：

雷诺数达到一定数值时，旋涡从物体下游两侧交替脱落，排成两列带往下游，称之卡门涡街。
卡门涡街使物体受到交替变向的横向力。
当雷诺数继续增大，规则的卡门涡街消失代之以随机的紊流运动。