邊界層分離課件

2.8.2邊界層分離1PPT課件2.8.2邊界層分離1PPT課件

不同形狀物體表面上的邊界層特征各不相同。對(duì)于平壁板面，其邊界層以外的流動(dòng)是均勻的，無(wú)速度梯度，也無(wú)壓力梯度的。其邊界層內(nèi)壓力在垂直于流動(dòng)方向上的變化可以忽略，所以，在同一x距離處，邊界層內(nèi)外的壓力均相同。若在流動(dòng)方向上的通道截面積發(fā)生變化（收縮或者擴(kuò)張），則邊界層外的速度和壓力沿流動(dòng)方向均會(huì)發(fā)生變化，它將對(duì)邊界層內(nèi)的流動(dòng)有顯著影響。正是由于邊界層內(nèi)的壓力沿流動(dòng)方向的急劇變化，引起了邊界層分離這一重要現(xiàn)象。2PPT課件不同形狀物體表面上的邊界層特征各不相同。2PPT課件邊界層分離（BoundaryLayerSeparation）

在某些情況下，邊界層內(nèi)流體發(fā)成倒流，引起邊界層與固定壁面的分離，并同時(shí)產(chǎn)生渦旋的現(xiàn)象。

邊界層分離是造成流體能量損失的主要原因之一。3PPT課件邊界層分離（BoundaryLayerSeparatio2.8.2.1邊界層分離的形成過(guò)程

理想流體流經(jīng)無(wú)限長(zhǎng)圓柱體

因流體無(wú)黏性，其在整個(gè)流場(chǎng)均無(wú)能量損失，在圓柱四周的壓力分布和速度分布完全對(duì)稱停滯點(diǎn)A的速度為零，壓力最大；從A到B，流速逐漸增加，壓力逐漸減小，至B點(diǎn)，速度達(dá)到最大值，壓力則為最小值。4PPT課件2.8.2.1邊界層分離的形成過(guò)程理想流體流經(jīng)無(wú)限不可壓縮流體流經(jīng)圓柱體

因黏性作用，流體將在壁面四周形成邊界層，如圖所示。虛線表示流進(jìn)曲面是的邊界層厚度。在B點(diǎn)前，流體處于加速、減壓狀態(tài)，即，，所損失的水頭中，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，另一部分用于克服黏性流動(dòng)所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，速度達(dá)最大值，壓力則為最小值。

5PPT課件不可壓縮流體流經(jīng)圓柱體因黏性作用，流體將在壁面四周形

過(guò)了B點(diǎn)，流速開(kāi)始減慢，主流體和邊界層流體均處于減速、增加狀態(tài)，稱為逆向壓力梯度，即，。

在剪應(yīng)力和逆向壓力梯度的雙重作用下，邊界層流體的動(dòng)能逐漸消耗殆盡，而形成一個(gè)新的停滯點(diǎn)P，在該點(diǎn)處速度為零，壓力達(dá)到極大值。6PPT課件6PPT課件邊界層分離

由于流體是不可壓縮的，故后續(xù)流體到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，在高壓作用下被迫離開(kāi)壁面和原流線方向，將自身部分靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，脫離壁面并沿另一條新流線方向向下游流去。這樣，在P點(diǎn)的下游就形成了空白區(qū)，在逆向壓力梯度的作用下，必有一股倒流的流體補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，但它們又不能靠近處于高壓下的點(diǎn)P而被迫退回，形成渦旋。7PPT課件邊界層分離由于流體是不可壓縮的，故后續(xù)流體到達(dá)P點(diǎn)時(shí)邊界層分離通常將上述邊界層脫離壁面的現(xiàn)象稱為——邊界層分離。點(diǎn)P稱為分離點(diǎn)——緊靠邊壁的邊界層中順流和倒流之間的分界線。在P點(diǎn)有：在分離點(diǎn)之后，順流和倒流兩區(qū)間必然存在一個(gè)分界面——分離面。它是不穩(wěn)定的，任何微小的擾動(dòng)，都會(huì)造成它的破裂，而發(fā)展成渦旋。8PPT課件通常將上述邊界層脫離壁面的現(xiàn)象稱為——邊界層分離。8PPT課對(duì)比理想流體和不可壓縮流體經(jīng)過(guò)圓柱體9PPT課件對(duì)比理想流體和不可壓縮流體經(jīng)過(guò)圓柱體9PPT課件總結(jié)：1、分離過(guò)程：在順壓梯度區(qū)（B點(diǎn)前)：流體加速在逆壓梯度區(qū)（B點(diǎn)后)：BP段減速→P點(diǎn)停止→P點(diǎn)后倒流。2、分離的原因—黏性3、分離的條件—存在逆壓梯度，且壓力梯度與剪應(yīng)力梯度相比足夠大。4、分離的實(shí)際發(fā)生—微團(tuán)滯止和倒流

粘性流體在壓力降低區(qū)內(nèi)流動(dòng)（加速流動(dòng)），決不會(huì)出現(xiàn)邊界層的分離，只有在壓力升高區(qū)內(nèi)流動(dòng)（減速流動(dòng)），才有可能出現(xiàn)分離，形成漩渦。尤其是在主流減速足夠大的情況下，邊界層的分離就一定會(huì)發(fā)生。

10PPT課件總結(jié)：1、分離過(guò)程：在順壓梯度區(qū)（B點(diǎn)前)：流體加速2.8.2.2邊界層分離條件

如上所訴，在邊界層分離點(diǎn)前流線圖形與理想流體基本相似，而分離點(diǎn)后則發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變。相應(yīng)的壓力分布也發(fā)生了很大變化，它轉(zhuǎn)而又影響到產(chǎn)生邊界層分離的條件。

最終分離點(diǎn)的位置將取決于最終的壓力分布和速度分布，而不是取決于最初的流線圖形。

11PPT課件2.8.2.2邊界層分離條件如上所訴，在邊界層分離點(diǎn)如圖2-29，在分離點(diǎn)P處，速度分布曲線在壁面處的切線正好與壁面垂直。若流體速度較小，在圓柱體壁面形成的邊界層為層流邊界層時(shí)，分離點(diǎn)將逐漸向上游移。如圖2-30（a）若流速較大，在在圓柱體壁面形成的邊界層為湍流邊界層時(shí)，分離點(diǎn)位置更加靠后。如圖2-30（b）12PPT課件如圖2-29，在分離點(diǎn)P處，速度分布曲線在壁面處的切線正好與

綜上所訴，逆壓梯度及壁面附近的黏性摩擦力是引起邊界層分離的兩個(gè)必要因素。壓力梯度與剪應(yīng)力梯度相比足夠大，就會(huì)發(fā)生分離現(xiàn)象。速度梯度：∽，黏性剪應(yīng)力為：，剪應(yīng)力梯度為：壓力梯度：∽二者之比為：，當(dāng)約為10∽12時(shí)，將會(huì)發(fā)生分離。13PPT課件綜上所訴，逆壓梯度及壁面附近的黏性摩擦力是引起邊界層在分離點(diǎn)之后，會(huì)形成尾渦區(qū)，同時(shí)在物體后端還會(huì)出現(xiàn)具有渦旋運(yùn)動(dòng)的尾流，從而導(dǎo)致了物體形體阻力Fdf的產(chǎn)生。由于湍流邊界層分離點(diǎn)較層流邊界層靠后，故形成尾流較小，形體阻力也較小，但并不意味著總阻力較層流小。像圓柱這樣具有凸形的物體所產(chǎn)生的阻力都主要來(lái)自自由壓差所引起的形體阻力，只有在低Re下才考慮摩擦阻力。物體表面為流線型或平壁時(shí)，總阻力則以摩擦阻力為主，形體阻力反而可以忽略不計(jì)。14PPT課件在分離點(diǎn)之后，會(huì)形成尾渦區(qū)，同時(shí)在物體后端還會(huì)出現(xiàn)具有渦旋運(yùn)分離實(shí)例15PPT課件分離實(shí)例15PPT課件2.8.2邊界層分離16PPT課件2.8.2邊界層分離1PPT課件

不同形狀物體表面上的邊界層特征各不相同。對(duì)于平壁板面，其邊界層以外的流動(dòng)是均勻的，無(wú)速度梯度，也無(wú)壓力梯度的。其邊界層內(nèi)壓力在垂直于流動(dòng)方向上的變化可以忽略，所以，在同一x距離處，邊界層內(nèi)外的壓力均相同。若在流動(dòng)方向上的通道截面積發(fā)生變化（收縮或者擴(kuò)張），則邊界層外的速度和壓力沿流動(dòng)方向均會(huì)發(fā)生變化，它將對(duì)邊界層內(nèi)的流動(dòng)有顯著影響。正是由于邊界層內(nèi)的壓力沿流動(dòng)方向的急劇變化，引起了邊界層分離這一重要現(xiàn)象。17PPT課件不同形狀物體表面上的邊界層特征各不相同。2PPT課件邊界層分離（BoundaryLayerSeparation）

在某些情況下，邊界層內(nèi)流體發(fā)成倒流，引起邊界層與固定壁面的分離，并同時(shí)產(chǎn)生渦旋的現(xiàn)象。

邊界層分離是造成流體能量損失的主要原因之一。18PPT課件邊界層分離（BoundaryLayerSeparatio2.8.2.1邊界層分離的形成過(guò)程

理想流體流經(jīng)無(wú)限長(zhǎng)圓柱體

因流體無(wú)黏性，其在整個(gè)流場(chǎng)均無(wú)能量損失，在圓柱四周的壓力分布和速度分布完全對(duì)稱停滯點(diǎn)A的速度為零，壓力最大；從A到B，流速逐漸增加，壓力逐漸減小，至B點(diǎn)，速度達(dá)到最大值，壓力則為最小值。19PPT課件2.8.2.1邊界層分離的形成過(guò)程理想流體流經(jīng)無(wú)限不可壓縮流體流經(jīng)圓柱體

因黏性作用，流體將在壁面四周形成邊界層，如圖所示。虛線表示流進(jìn)曲面是的邊界層厚度。在B點(diǎn)前，流體處于加速、減壓狀態(tài)，即，，所損失的水頭中，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，另一部分用于克服黏性流動(dòng)所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，速度達(dá)最大值，壓力則為最小值。

20PPT課件不可壓縮流體流經(jīng)圓柱體因黏性作用，流體將在壁面四周形

過(guò)了B點(diǎn)，流速開(kāi)始減慢，主流體和邊界層流體均處于減速、增加狀態(tài)，稱為逆向壓力梯度，即，。

在剪應(yīng)力和逆向壓力梯度的雙重作用下，邊界層流體的動(dòng)能逐漸消耗殆盡，而形成一個(gè)新的停滯點(diǎn)P，在該點(diǎn)處速度為零，壓力達(dá)到極大值。21PPT課件6PPT課件邊界層分離

由于流體是不可壓縮的，故后續(xù)流體到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，在高壓作用下被迫離開(kāi)壁面和原流線方向，將自身部分靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，脫離壁面并沿另一條新流線方向向下游流去。這樣，在P點(diǎn)的下游就形成了空白區(qū)，在逆向壓力梯度的作用下，必有一股倒流的流體補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，但它們又不能靠近處于高壓下的點(diǎn)P而被迫退回，形成渦旋。22PPT課件邊界層分離由于流體是不可壓縮的，故后續(xù)流體到達(dá)P點(diǎn)時(shí)邊界層分離通常將上述邊界層脫離壁面的現(xiàn)象稱為——邊界層分離。點(diǎn)P稱為分離點(diǎn)——緊靠邊壁的邊界層中順流和倒流之間的分界線。在P點(diǎn)有：在分離點(diǎn)之后，順流和倒流兩區(qū)間必然存在一個(gè)分界面——分離面。它是不穩(wěn)定的，任何微小的擾動(dòng)，都會(huì)造成它的破裂，而發(fā)展成渦旋。23PPT課件通常將上述邊界層脫離壁面的現(xiàn)象稱為——邊界層分離。8PPT課對(duì)比理想流體和不可壓縮流體經(jīng)過(guò)圓柱體24PPT課件對(duì)比理想流體和不可壓縮流體經(jīng)過(guò)圓柱體9PPT課件總結(jié)：1、分離過(guò)程：在順壓梯度區(qū)（B點(diǎn)前)：流體加速在逆壓梯度區(qū)（B點(diǎn)后)：BP段減速→P點(diǎn)停止→P點(diǎn)后倒流。2、分離的原因—黏性3、分離的條件—存在逆壓梯度，且壓力梯度與剪應(yīng)力梯度相比足夠大。4、分離的實(shí)際發(fā)生—微團(tuán)滯止和倒流

粘性流體在壓力降低區(qū)內(nèi)流動(dòng)（加速流動(dòng)），決不會(huì)出現(xiàn)邊界層的分離，只有在壓力升高區(qū)內(nèi)流動(dòng)（減速流動(dòng)），才有可能出現(xiàn)分離，形成漩渦。尤其是在主流減速足夠大的情況下，邊界層的分離就一定會(huì)發(fā)生。

25PPT課件總結(jié)：1、分離過(guò)程：在順壓梯度區(qū)（B點(diǎn)前)：流體加速2.8.2.2邊界層分離條件

如上所訴，在邊界層分離點(diǎn)前流線圖形與理想流體基本相似，而分離點(diǎn)后則發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的改變。相應(yīng)的壓力分布也發(fā)生了很大變化，它轉(zhuǎn)而又影響到產(chǎn)生邊界層分離的條件。

最終分離點(diǎn)的位置將取決于最終的壓力分布和速度分布，而不是取決于最初的流線圖形。

26PPT課件2.8.2.2邊界層分離條件如上所訴，在邊界層分離點(diǎn)如圖2-29，在分離點(diǎn)P處，速度分布曲線在壁面處的切線正好與壁面垂直。若流體速度較小，在圓柱體壁面形成的邊界層為層流邊界層時(shí)，分離點(diǎn)將逐漸向上游移。如圖2-30（a）若流速較大，在在圓柱體壁面形成的邊界層為湍流邊界層時(shí)，分離點(diǎn)位置更加靠后。如圖2-30（b）27PPT課件如圖2-29，在分離點(diǎn)P處，速度分布曲線在壁面處的切線正好與

綜上所訴，逆壓梯度及壁面附近的黏性摩擦力是引起邊界層分離的兩個(gè)必要因素。壓力梯度與剪應(yīng)力梯度相比足夠大，就會(huì)發(fā)生分離現(xiàn)象。速度梯度：∽，黏性剪應(yīng)力為：，剪應(yīng)力梯度為：壓力梯度：∽二者之比為：，當(dāng)約為10∽12時(shí)，將會(huì)發(fā)生分離。28PPT課件綜上所訴，逆壓梯度及壁面附近的黏性摩擦力是引起邊界層在分離點(diǎn)之后，會(huì)形成尾渦區(qū)