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《C4不可压缩粘性流体外流》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、C4不可压缩粘性流体外流外流：物体在无界的静止粘性流体中运动,或无界的粘性流体绕物体流动时形成的流场。C4.1引言外流的特点:由壁面不滑移条件,在物体周围形成从物面速度为0到外流的速度梯度区域(粘性影响区)。当Re<<1时,整个流场处于粘性影响区范围内;随Re数的增大,粘性影响区范围逐渐缩小;当Re>>1时,粘性影响区缩小到壁面附近的狭窄区域内(边界层)。Re很大的实际流体绕固体均匀流动时，在固体后部将产生旋涡区，而理想流体的均匀流动则无此区。分析边界层内的流动为求解边界层内的速度分布和壁面摩擦阻力.粘性概念1)流
2、体粘性：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动的流体性质。粘性阻力或内摩擦：由粘性产生的作用力。粘性阻力的成因：由于存在分子不规则运动的动量交换（气体）和分子间的吸引力（液体）。2)牛顿内摩擦定律：F=μAdV/dy或τ=F/A=μdV/dyμ为动力粘性系数,与流体种类和温度有关的比例常数。3)粘性系数μ：是流体粘性大小的一种度量。不同的流体有不同的μ值。C4.2边界层概念边界层：定常绕流中流体粘性只在贴近物面极薄的一层内主宰流体运动，称这一层为边界层。整个流场可划
3、分为边界层、尾迹流和外部无粘流(位流)三个区域。边界层概念根据大雷诺数下边界层非常薄的前提,可对粘性流体运动方程作简化,得到普朗特方程的边界层微分方程。在边界层内，流速由壁面上的零值急剧地增加到与自由来流速度同数量级的值。因此沿物面法线方向上的速度梯度很大，即使流体的粘性系数很小，但粘性应力仍然可达到一定的数值。此外,由于速度梯度很大,使得通过边界层的流体有相当大的涡旋强度,流动是有旋的。在逆压梯度作用下流动会发生分离。势流U∞边界层尾迹流当边界层内的流体离开物体而流入下游时，在物体后面形成尾迹流，在尾迹流中，初始
4、阶段还带有一定强度的旋涡，速度梯度还相当大，但是由于不存在固体壁面的阻滞作用，不在产生新的旋涡，原有的旋涡将逐渐扩散和衰减，速度分布渐趋均匀，直至在远下游处尾迹完全消失。边界层和尾迹流以外区域，流动的速度梯度很小粘性影响可忽略，流动近似为无粘的理想流动。绕流场：可由满足欧拉方程的外部流场与有粘性应力的边界层方程控制的内部流场组合而成。流场三个区域1.边界层厚度估算单位体积流体的惯性力相应量级为单位体积流体的粘性力相应量级为在边界层粘性力与惯性力量级相当:〖说明〗边界层的厚度与(Re)1/2成反比.当Re→∞,边界层
5、厚度趋于0,即边界层的特点是厚度很小.δδ(x)xlxyU2．边界层厚度的增长大量的实验数据和相似理论证实，流动状态不仅取决与临界速度，而且由综合反映管道尺寸，流体物理属性，流动速度的组合量—雷诺数Re来决定：Re=ρUx/μ=Ux/ν其中：ρ—流体密度；V—流体平均速度；l—特征长度；μ—流体动力粘性系数；ν=μ/ρ—流体运动粘性系数。Re数是相似流动中惯性力和粘性力量级之比。Re=ρVL/μ=VL/γ（=[ρV2]/[μV/L]=惯性力/粘性力）边界层厚度的增长〖说明〗Re数越大表明流体质点惯性力相对与质点上的
6、粘性作用力也越大；反之，小Re数流动是粘性主宰的流动。在层流边界层中当地边界层厚度为:〖说明〗层流边界层的厚度与(x)1/2成正比,随着沿平板边界层厚度不断增长.3.边界层内的流态层流:流体是一层层地流动,各层间互不相混的流动状态。湍流(或紊流)：流速增大到某一个临界值时，流体处于完全无规则的乱流状态的流动状态。临界流速：把流动状态发生变化时的流速称为临界流速。①上临界雷诺数Recr′:由层流开始转变到湍流时所对应的雷诺数。当Re＞Recr′时,流动为湍流状态；②下临界雷诺数Recr′:由湍流开始转变到层流时所对应
7、的雷诺数。当Re＜Recr时,流动为层流状态；③当Recr＜Re＜Recr′时，流动可能是层流状态，也可能是湍流状态。平板定常层流和湍流边界层xT层流边界层转捩段AOBxU∞湍流边界层边界层内流动有层流和湍流。在一般情况下，流体从物体前缘起形成层流边界层，而后由某出开始，层流边界层处于不稳定状态，并逐渐过渡为湍流边界层。即当流速增大到某一个临界值时，流体处于完全无规则的乱流状态的流动状态，Rex=U∞x/ν＞Recr时，绕平板层流边界层流动为湍流状态。临界雷诺数xcT层流边界层转捩点AOxU∞湍流边界层从层流转变到
8、湍流的过渡区域称为转捩段。对应于转捩点A的雷诺数为临界雷诺数。Recr=U∞xT/ν。Recr数值由实验确定，它与物面形状和来流的紊流度有关。对于平板流动，Recr=5×105～3×1060.99V0YδpxC4.2.2边界层厚度1.名义厚度V0边界层外边界由于离物面一定距离后,速度梯度就非常小,以致可不计粘性的影响如果以V0表示外部无粘流速度，则通常把各个
