流体力学之外部绕流

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1、第六章外部流动EXTERNALFLOWS6.1边界层的基本概念6.2边界层的分离6.3绕流物体的阻力及其分类第六章外部绕流6.1边界层基本概念1、绕流运动绕流运动是指流体绕物体外部的流动。⑴物体静止，流体绕物体运动;⑵流体静止，物体在流体中运动;⑶物体和流体的相对运动。绕流运动的三种形式：2.绕流分类根据雷诺数的大小分为：①低雷诺数流动称为蠕变流或斯托克斯流动。②高雷诺数流动高雷诺数流动可分成三种主要类型：a.不可压缩流体绕流。b.具有自由表面的绕流。c.可压缩流体绕流。本章主要讨论高雷诺数下绕固体物面的边界层流动，研究边界层分离现象，探究粘性流体绕流固体物面时产生

2、阻力的原因以及减小这类阻力的措施。3.边界层的概念BoundaryLayer①边界层，又称附面层。当粘性流体以大雷诺数绕流静止物体时，在壁面附近将出现一个流速由壁面上的零值迅速增至与来流速度相同数量级的薄层，称为边界层。德国流体力学家普朗特（L.Prandtle）创立的边界层理论：EXIT边界层(BoundaryLayer)边界层的形成附面层又称为边界层，是指紧靠物体表面流速梯度很大的流动薄层。以平面绕流为例，若来流流速u0是均匀分布的，方向与平板平行，平板固定不动。由于粘性作用使紧靠平板表面的流体质点流速为零，平板附近的流体质点由于内摩擦作用也不同程度地受到平板的

3、阻滞作用，当Re数很大时，这种作用只反映在平板附近的附面层里。这样，在流场中就出现了两个性质不同的流动区域。xk边界层(BoundaryLayer)②边界层的厚度一般把速度等于0.99u0处的厚度叫做边界层的厚度，用δ表示，也称为名义厚度。③边界层的基本特征a.与物体的长度相比，边界层的厚度很小，边界层的厚度沿流动方向逐渐增厚。b.边界层内流动梯度很大。c.由于边界层很薄，可近似认为边界层各截面上的压强等于同一截面边界层外边界层上的压强，即d.边界层内粘性力和惯性力是同一数量级；e.边界层内也存在有层流和紊流两种流态。4.绕流翼型的几个概念①阻力Drag:平行于流动

4、方向的力。计算公式——绕流阻力系数。——迎流面积—为未受干扰的来流流速.—为流体密度。绕流运动中，流体对物体的作用力可分为：机翼升力人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。EXIT机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环流，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力。EXIT绕流翼型的几个概念②升力:垂直于流向的力计算公式式中，ＣL为升力系数，一般由实验确定；Ａ为垂直于来流方向的投影面积；其它符号意义同前。升力产生的原因如图所示，上部的流速大于下部的流速。根据能量方程，速度大则压强小，而流速小则压强大，因此物体下部的压强大于其上部的压强，上、下两侧所受的

5、压力不相等，因此在垂直于来流方向产生了一个升力，这就是飞机能够起飞的原因。绕流翼型的几个概念③翼弦Chord连接后缘和前缘的直线。④攻角Angleofattack来流与翼弦的夹角。6.2边界层分离SEPARATION1.曲面边界层的分离现象是指流体从曲面某一位置开始脱离物面，并在下游出现回流现象，这种现象又称为边界层脱体现象。曲面边界层的分离现象当流体绕着一个曲面物体流动时，沿边界层外边界上的速度和压强都不是常数。如图所示，在曲面体MM′断面以前，由于过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小即在MM′断面以后，由于断面不断扩大，流速沿程减小，压强沿程增加即所以在边界

6、层外边界上，M′点速度达最大值，压强为最小值。曲面边界层的分离现象在边界层内，沿壁面外法线方向的压强都是相等的，上述关于压强变化规律不仅适用于边界层外边界，也适用于边界层内。也就是说在MM′断面以前的边界层内为减压区，流体质点一方面受到粘性阻滞作用，另一方面又受到压差的推动作用，部分压能转换为流体动能，边界层内流动还可以维持下去。当流体质点进入MM′断面以后的增压区，情况不同了，流体质点不仅受到粘性的阻滞作用，而且也受到反向压差的阻滞作用，在这两种力阻滞作用下，边界层内流速急剧下降，当达到曲面某一点Ｓ处曲面边界层的分离现象从上述分析可以看出:边界层的分离只能发生在断

7、面逐渐扩大，压强沿程增加的区段，即减速增压段。对于顺流放置的平板绕流，同样对渐缩管，沿流方向，流速加大，压强减小，也不会发生分离现象边界层的分离是形成形状阻力的主要原因，一般比摩擦阻力大得多。对于有尖角的物体，流动在尖角处分离。愈是流线型物体，分离点愈靠后。会不会产生分离现象?沿平板表面是不会发生分离的；2.分离的条件边界层分离的根本原因是粘性的存在，分离的条件是逆压梯度。在顺压梯度（）的平板边界层中，不管平板有多长，流动不会分离；同样，在理想流体绕流流动中，即使存在大的逆压梯度，也不会发生分离。层流边界层与紊流边界层都会发生分离，但是在相同的逆压梯度下，层流边