1、1在实际流体绕流固体时，固体边界上的流速为0，在固体边界的外法线方向上的流体速度从0迅速增大在边界附近的流区存在相当大的速度梯度，在这个流区内粘性作用不能忽略，边界附近的流区称为边界层（或附面层），边界层外流区，粘性作用可以忽略，当作理想流体来处理。边界层边界层及其分离及其分离2:07:0024.7.1 边界层的形成及其性质2:07:013如上图，平板前方均匀来流的速度v，从平板前缘开始形成边界层，其厚度沿流增加。在边界层外缘附近流速渐近于当地外流速度。边界层定义：绕流物体表面上一层厚度很小且其中的流动具有很大法向速度梯度的流动区域。2:07:0141. 对于平板绕流，边界层外缘，对于弯曲固壁
2、，边界层外缘。对于平板绕流，边界层外缘，对于弯曲固壁，边界层外缘。2. 边界层的外边界线与流线不重合，外流区域中的流体质点可边界层的外边界线与流线不重合，外流区域中的流体质点可以连续地穿过边界层的外缘以连续地穿过边界层的外缘 进入边界层内。进入边界层内。 边界层内、外区域并没有明显的分界面，一般将壁面流速为边界层内、外区域并没有明显的分界面，一般将壁面流速为零与流速达到来流速度的零与流速达到来流速度的99处之间的距离定义为边界层厚度。处之间的距离定义为边界层厚度。 边界层厚度沿着流体流动方向逐渐增厚，这是由于边界层中边界层厚度沿着流体流动方向逐渐增厚，这是由于边界层中流体质点受到摩擦阻力的作用
3、，沿着流体流动方向速度逐渐减小，流体质点受到摩擦阻力的作用，沿着流体流动方向速度逐渐减小，因此，只有离壁面逐渐远些，也就是边界层厚度逐渐大些才能达因此，只有离壁面逐渐远些，也就是边界层厚度逐渐大些才能达到来流速度。到来流速度。 2:07:015普朗特边界层理论开辟了用理想流体理论和粘性流体理论联合普朗特边界层理论开辟了用理想流体理论和粘性流体理论联合研究的一条新途径。研究的一条新途径。粘性边界层区：在边界层和尾涡区内，粘性边界层区：在边界层和尾涡区内，粘粘性力作用显著，性力作用显著，粘粘性力和惯性力有相同的数量级，属于性力和惯性力有相同的数量级，属于粘粘性流体的有旋流性流体的有旋流动区；动区；
4、理想流体区：在边界层和尾涡区外，流体的运动速度几乎相理想流体区：在边界层和尾涡区外，流体的运动速度几乎相同，速度梯度很小，边界层外部的流动不受固体壁面的影响，同，速度梯度很小，边界层外部的流动不受固体壁面的影响，即使粘度较大的流体，即使粘度较大的流体，粘粘性力也很小，主要是惯性力。所以性力也很小，主要是惯性力。所以可将这个区域看作是理想流体势流区。可将这个区域看作是理想流体势流区。流场的求解可分为两个区进行流场的求解可分为两个区进行 2:07:016层流边界层和紊流边界层层流边界层和紊流边界层 边界中的流动同样存在两种流态：层流和紊流边界中的流动同样存在两种流态：层流和紊流 普朗特把贴近于平板
5、边界存在较大切应力普朗特把贴近于平板边界存在较大切应力 ，粘性影响不能忽略的，粘性影响不能忽略的薄层称为边界层薄层称为边界层 1.1.边界层的描述边界层的描述 2:07:017转捩点，临界雷诺数转捩点，临界雷诺数 转捩点：在转捩点：在x=xk处边界层由层流转变为紊流的过渡点。处边界层由层流转变为紊流的过渡点。 临界雷诺数：临界雷诺数： 0kkxu xRel 临界雷诺数的大小与物体壁面的粗糙度、层外流体的紊流度临界雷诺数的大小与物体壁面的粗糙度、层外流体的紊流度等因素有关。增加壁面粗糙度或层外流体的紊流度都会降低临等因素有关。增加壁面粗糙度或层外流体的紊流度都会降低临界雷诺数的数值，使层流边界层
6、提前转变为紊流边界层。界雷诺数的数值，使层流边界层提前转变为紊流边界层。510)0 . 55 . 3(xkRe对平板的边界层，层流转变为紊流的临界雷诺数为对平板的边界层，层流转变为紊流的临界雷诺数为3000 3500kRe2:07:018Re028. 0dxE50dxE2:07:01同济大学航空航天与力学学院9 一、曲面边界层的分离现象一、曲面边界层的分离现象 在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非流线型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现流线型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现下列现象：物面上的边界层在某个位置开始脱离物
7、面，下列现象：物面上的边界层在某个位置开始脱离物面， 并在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称并在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为边界层分离现象，如下页图所示。流线型物体这种现象为边界层分离现象，如下页图所示。流线型物体在非正常情况下也能发生边界层分离。在非正常情况下也能发生边界层分离。 2:07:01同济大学航空航天与力学学院102:07:02同济大学航空航天与力学学院11MMMMM0 xp0 xp2:07:02同济大学航空航天与力学学院122:07:02同济大学航空航天与力学学院132:07:02同济大学航空航天与力学学院142:07:03同济大学航空航天
8、与力学学院15分离实例分离实例2:07:03同济大学航空航天与力学学院16分离实例分离实例圆柱后部：猫眼圆柱后部：猫眼2:07:03同济大学航空航天与力学学院172:07:03同济大学航空航天与力学学院182:07:03同济大学航空航天与力学学院19如图所示如图所示gvgvdlgvpgvpHaa22202222202:07:04同济大学航空航天与力学学院20gvdlgvHH222200021gHdlv02gHAvAQcdlc12:07:04同济大学航空航天与力学学院21gvgvdlgvgvH22200202222211021 vv2:07:04同济大学航空航天与力学学院22gHdlv21gHA
9、vAQc2dlc12:07:04同济大学航空航天与力学学院23虹吸管流速gHdlvAB2121132121bbbe2:07:04同济大学航空航天与力学学院24虹吸管正常工作条件最大真空度列1-1和最高断面c-c的能量方程：gvdlgpzgpzcACcca2211流量gHldvAQAB22142122:07:04同济大学航空航天与力学学院25 OmH8722111vABCACccahHdldlzzgpp最大安装高度 HdldlhhABCACvs211 OmH872211maxmaxvABCACscavhHdldlhgpph2:07:05同济大学航空航天与力学学院26扬程的计算wihgvgpZHgvgpZ222222221111wihgvvgppZZH22112221212wihgpHH2略去速度水头2:07:05同济大学航空航天与力学学院27水泵吸水管gvdlgpHgpsa20022gphv2gvdlhHvs222:07:05同济大学航空航天与力学学院28倒虹管
