【圖文】流體力學(xué) 7-4-5-粘性流體湍流流動(dòng)

1、 第五節(jié)、邊界層（附面層）流動(dòng) 繞過某流線型物體的流動(dòng)，理想中流速與物體表面相切 ；而實(shí)際上由于存在粘性，靠近物體表面的流速為零， 在物體表面極薄一層內(nèi)粘性極為顯著。 潛水物艇以恒速在水下運(yùn)動(dòng)，如無粘性影響，則不存在 拖曳阻力；實(shí)際上因有表面阻力才出現(xiàn)拖曳阻力。 說明：物體表面上薄層內(nèi)的粘性力相當(dāng)大，不能忽視， 此薄層就稱為邊界層（附面層）。 只有在邊界層以外，某些問題中才能忽略粘性。 邊界層定義：速度梯度很大的薄層。粘性在該薄層內(nèi)起作用。 U0 y U0 0.99U0 U0 u(x,y o d(x x L 平壁面繞流的邊界層 Prandtl邊界層模型全流場(chǎng)分成二個(gè)流動(dòng)區(qū)域。 邊界層厚度d(x

2、定義：流速從0增至0.99U0處的y值。 外區(qū)（y>d）：速度梯度很小，可略去粘性的作用。 內(nèi)區(qū)（y<d）：速度梯度很大，考慮粘性。 內(nèi)區(qū)粘流與外區(qū)無粘流是漸進(jìn)銜接的。 5.2 邊界層流動(dòng)的分離 邊界層流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)過程：慣性力、壓力梯度、粘性力之 相對(duì)平衡。 （動(dòng)能） （層外主流） （阻滯） 邊界層外緣 13：順壓梯度區(qū) 35：逆壓梯度區(qū) S：分離點(diǎn) S點(diǎn)后：分離區(qū) æ ¶u ö ç ç ¶y ÷ ÷ >0 è ø0 E 2 3 dp =0 dx S dp >0 dx &

3、#230; ¶u ö ç ç ¶y ÷ ÷ <0 è ø0 1 dp <0 dx 5 æ ¶u ö ç ç ¶y ÷ ÷ =0 è ø0 邊界層內(nèi)的流動(dòng)示意圖 邊界層分離的條件：存在逆壓梯度區(qū)； 壁面或粘性對(duì)流動(dòng)的阻滯。 分離流動(dòng)的特點(diǎn)：邊界層離體，形成尾流（旋渦）。 分離的結(jié)果：產(chǎn)生壓差阻力（形狀阻力）。 作業(yè) 直徑為15mm的光滑圓管，流體以速度14m/s在管中流動(dòng) ，試決定流動(dòng)狀態(tài)。又，若要求保持為層流，最大的允 許速度為多少？這些流體分別是（1）潤(rùn)滑油；（2）汽 -4 2 -6 2 油。已知 n1 = 1.0 ´10 m / s， n 2 = 0.884´10 m / s -3 2 3 某種具有 m = 7.4 ´10 N × s / m ， r = 780kg / m 的油，流 過長(zhǎng)12.2m，直徑1.26cm的水平管子。試計(jì)算保持為層 流的最大平均速度，并計(jì)算維持這一流動(dòng)所