【邊界層】邊界層分離


作者:三月雪
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首先先說下流體為什么會產生邊界層分離呢?
粘性力會導致流體的質點動量減小,進而在壁面位置產生邊界層。流體中另外一個主要的力就是壓力了。當流體運動時根據伯努利原理,有動能和勢能變化就會產生壓力能。這個壓力能我們可以用壓差來表示。之所以產生邊界層分離,就是因為流體層之間的壓差和粘性力導致流體質點的動量減小為零甚至是負,使得邊界層內流體質點產生回流,將邊界層內另外的流體質點被擠向外側主流,邊界層與壁面也就產生了分離。
下面來解釋下機翼型和球狀型邊界層分離的不同。
我在網上找了個圖,結合這個圖我來回答你的問題。

 

 

 首先我們假設氣流從遠處來的時候速度一致。當氣流接觸到機翼和球狀物時,都會產生加速。你可以理解為,體積流量一致,速度和流過的截面積成反比。根據伯努利原理,當速度增加時,不考慮勢能的話,壓力是減小的,即為順壓。在這個階段,在壁面附近的邊界層處,順壓導致的壓差是可以克服粘性的作用,使得流體質點保持向前運動。

此后的階段機翼和球狀物的邊界層就不太一樣了。在流體質點繼續前行,過了球狀物最高點位置時,根據前面說的,這個時候流體會減速,產生逆壓。而運動的流體質點在此刻既要抵抗粘性作用,又要克服壓差。當動量不足以克服這兩個作用時,會產生停滯甚至回流,回流作用使得邊界層內的流體質點擠向外部,所以導致邊界層脫離壁面。同樣對於機翼來說,由於過了最高點后,也會產生逆壓,但由於機翼后段的形狀趨於平行(近似的),所以相較而言,逆壓要比球狀物的小得多。逆壓少,導致流體質點回流的動能就少,所以機翼的邊界層的分離點相對靠后,並且厚度比較小。
發布於 2015-04-06
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Lee Brook (提問者) 4 年前 還有一個問題,就是機翼上的氣體過了最高點后,速度減小,產生了逆壓,為什么沒有分離呢,是因為這個逆壓很小,還不足以克服氣體的動能,對嗎?而球體因為形狀變化太大,逆壓也很大,所以分離了? ​贊​回復​踩​舉報

三月雪 (作者) 回復Lee Brook (提問者) 4 年前 你可以這樣理解的。但其實機翼型的平板並不是不產生分離,它只是相對球狀物分離區域小而已。為了保持升力,它的形狀其實不是嚴格意義上的平板,你看我給你的圖就知道了。 ​贊​回復​踩​舉報

伯努利方程僅適用於非粘性流體 沒有截面突變的情況。提到了流體的粘性,還有截面突變,就不能用伯努利方程了。實際就是流體的慣性力與粘性力的比對,慣性力大於粘性力,流體分離。 ​

Beth
流動分離的必要條件,粘性和逆壓梯度

主角太小
扯比大王
這就是為什么機翼可以有比較好的升力,簡單來說,流體正常應該按照來流的速度方向運動,然后遇到障礙后,改變了軌跡,但還是傾向於按照原來的速度方向運動,所以,對於圓柱就按照切線方向,但是流體存在粘性,會讓它有貼着物體運動的力,綜上,再考慮到機翼和圓柱形狀的差別,就造成了分離點位置的不同

 


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