第二节附面层的基本特征 当空气、气体、蒸气和水等粘度很小的流体与其它物体作 速度较高的相对运动时,一般雷诺数都很大。实验指出,在这 些流动中,惯性力比粘性力大得多,可以略去粘性力;但在紧 靠物体壁面的一层所谓附面层的流体薄层内,粘性力却大到约 与惯性力相同的数量级,以致在这一区域中两者都不能略去。 解决大雷诺数下绕物体流动的近似方法是以附面层理论为基础 的,所以我们有必要了解附面层的一些基本概念和特征。 现在来讨论粘性流体平滑地绕流某静止物体(如机翼翼型) 的情况,如图6-4所示。在紧靠物体表面的薄层内,流速将由 物体表面上的零值迅速地增加到与来流速度u同数量级的大小 这种在大雷诺数下紧靠物体表面流速从零急剧增加到与
第二节 附面层的基本特征 当空气、气体、蒸气和水等粘度很小的流体与其它物体作 速度较高的相对运动时，一般雷诺数都很大。实验指出，在这 些流动中，惯性力比粘性力大得多，可以略去粘性力；但在紧 靠物体壁面的一层所谓附面层的流体薄层内，粘性力却大到约 与惯性力相同的数量级，以致在这一区域中两者都不能略去。 解决大雷诺数下绕物体流动的近似方法是以附面层理论为基础 的，所以我们有必要了解附面层的一些基本概念和特征。 现在来讨论粘性流体平滑地绕流某静止物体(如机翼翼型) 的情况，如图6-4所示。在紧靠物体表面的薄层内，流速将由 物体表面上的零值迅速地增加到与来流速度u∞同数量级的大小。 这种在大雷诺数下紧靠物体表面流速从零急剧增加到与
第二节附面层的基本特征 来流速度相同数量级的流体薄层称为附面层。在附面层内,流 体在物体表面法线方向上的速度梯度很大,即使粘度很小的流 体,表现出的粘性力也较大,决不能忽略。由涡量计算公式 x,在附面层内”很小,而x却很大,所以 ax 涡量ξ判0,因此,附面层内的流体有相当大的旋涡强度。当附 面层内的有旋流离开物体而流向下游时,在物体后部形成尾涡 区域。在尾涡区中,开始速度梯度很大,随着离开物体距离的 增加,原有的旋涡将逐渐地扩散和衰减,速度分布逐渐趋向均 匀,直到尾涡完全消失(如图6-4)。在附面层外,速度梯度
第二节 附面层的基本特征 来流速度相同数量级的流体薄层称为附面层。在附面层内，流 体在物体表面法线方向上的速度梯度很大，即使粘度很小的流 体，表现出的粘性力也较大，决不能忽略。由涡量计算公式 在附面层内 很小，而 却很大，所以 涡量ξz ≠0，因此，附面层内的流体有相当大的旋涡强度。当附 面层内的有旋流离开物体而流向下游时，在物体后部形成尾涡 区域。在尾涡区中,开始速度梯度很大，随着离开物体距离的 增加，原有的旋涡将逐渐地扩散和衰减，速度分布逐渐趋向均 匀，直到尾涡完全消失(如图6-4)。在附面层外，速度梯度 , y u x uy x z − = x uy y ux
第二节附面层的基本特征 (x)附面层外边界 外部势流 尾涡区域 附面层外边界 图6-4绕流流场区域 很小,即使粘度较大的流体,其粘性力也很小,可以忽略不计。 所以可以认为,在附面层外的流动是无旋的势流流动
第二节 附面层的基本特征 图6-4 绕流流场区域 很小，即使粘度较大的流体，其粘性力也很小，可以忽略不计。 所以可以认为，在附面层外的流动是无旋的势流流动
第二节附面层的基本特征 由此可见,当粘性流体绕物体流动时,可以将整个绕流流 场划分为三个区域:附面层区、尾涡区和外部势流区。在附 面层和尾涡区域内,必须考虑物体的粘性力,它们应当按照粘 性流体的有旋流动来处理;在附面层和尾涡区域以外的势流区 域内,可按照理想流体的无旋流动来处理 在实际上,附面层内、外区域并没有一个明显的分界面, 也就是说,附面层的外边界,即附面层的厚度的概念并不很明 显。一般在实际应用中通常是把流体速度达到外部主流区速 度的99%的地方作为附面层的外边界,或者说在附面层的外边 界上流速达到层外势流速度的99%,即 u--0.99u2(x) (6-9)
第二节 附面层的基本特征 由此可见，当粘性流体绕物体流动时，可以将整个绕流流 场划分为三个区域：附面层区、尾涡区和外部势流区。在附 面层和尾涡区域内，必须考虑物体的粘性力，它们应当按照粘 性流体的有旋流动来处理；在附面层和尾涡区域以外的势流区 域内，可按照理想流体的无旋流动来处理。 在实际上，附面层内、外区域并没有一个明显的分界面， 也就是说，附面层的外边界，即附面层的厚度的概念并不很明 显。一般在实际应用中通常是把流体速度达到外部主流区速 度的99%的地方作为附面层的外边界，或者说在附面层的外边 界上流速达到层外势流速度的99%，即 u|y=δ =0.99u∞ (x) (6-9)
第二节附面层的基本特征 实际上附面层很薄,一般只有几毫米到几十毫米。为了清晰起 见,图6-4上是将附面层的尺寸放大了。从图6-4中可以看出, 流体在前驻点O处速度为零,所以附面层的厚度在前驻点处为 零,然后沿着流动方向厚度逐渐增加。另外,附面层的外边 界和流线并不重合,流线伸入到附面层内,与外边界相交 原因是由于层外的流体质点不断地穿入到附面层里面去 综上所述,附面层有如下基本特征: (1)与物体的长度相比,附面层的厚度很小; (2)附面层内沿附面层厚度方向的速度变化非常急剧,即 速度梯度很大; (3)附面层沿着物体的流动方向逐渐增厚;
第二节 附面层的基本特征 实际上附面层很薄,一般只有几毫米到几十毫米。为了清晰起 见，图6-4上是将附面层的尺寸放大了。从图6-4中可以看出， 流体在前驻点O处速度为零，所以附面层的厚度在前驻点处为 零，然后沿着流动方向厚度逐渐增加。另外，附面层的外边 界和流线并不重合，流线伸入到附面层内，与外边界相交。 原因是由于层外的流体质点不断地穿入到附面层里面去。 综上所述，附面层有如下基本特征： (1)与物体的长度相比， (2)附面层内沿附面层厚度方向的速度变化非常急剧，即 速度梯度很大； (3)附面层沿着物体的流动方向逐渐增厚；