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  • 【边界层】边界层分离

    作者:三月雪
    链接:https://www.zhihu.com/question/29238846/answer/43969680
    来源:知乎
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    首先先说下流体为什么会产生边界层分离呢?
    粘性力会导致流体的质点动量减小,进而在壁面位置产生边界层。流体中另外一个主要的力就是压力了。当流体运动时根据伯努利原理,有动能和势能变化就会产生压力能。这个压力能我们可以用压差来表示。之所以产生边界层分离,就是因为流体层之间的压差和粘性力导致流体质点的动量减小为零甚至是负,使得边界层内流体质点产生回流,将边界层内另外的流体质点被挤向外侧主流,边界层与壁面也就产生了分离。
    下面来解释下机翼型和球状型边界层分离的不同。
    我在网上找了个图,结合这个图我来回答你的问题。

     首先我们假设气流从远处来的时候速度一致。当气流接触到机翼和球状物时,都会产生加速。你可以理解为,体积流量一致,速度和流过的截面积成反比。根据伯努利原理,当速度增加时,不考虑势能的话,压力是减小的,即为顺压。在这个阶段,在壁面附近的边界层处,顺压导致的压差是可以克服粘性的作用,使得流体质点保持向前运动。

    此后的阶段机翼和球状物的边界层就不太一样了。在流体质点继续前行,过了球状物最高点位置时,根据前面说的,这个时候流体会减速,产生逆压。而运动的流体质点在此刻既要抵抗粘性作用,又要克服压差。当动量不足以克服这两个作用时,会产生停滞甚至回流,回流作用使得边界层内的流体质点挤向外部,所以导致边界层脱离壁面。同样对于机翼来说,由于过了最高点后,也会产生逆压,但由于机翼后段的形状趋于平行(近似的),所以相较而言,逆压要比球状物的小得多。逆压少,导致流体质点回流的动能就少,所以机翼的边界层的分离点相对靠后,并且厚度比较小。
    发布于 2015-04-06
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    Lee Brook (提问者) 4 年前 还有一个问题,就是机翼上的气体过了最高点后,速度减小,产生了逆压,为什么没有分离呢,是因为这个逆压很小,还不足以克服气体的动能,对吗?而球体因为形状变化太大,逆压也很大,所以分离了? ​赞​回复​踩​举报

    三月雪 (作者) 回复Lee Brook (提问者) 4 年前 你可以这样理解的。但其实机翼型的平板并不是不产生分离,它只是相对球状物分离区域小而已。为了保持升力,它的形状其实不是严格意义上的平板,你看我给你的图就知道了。 ​赞​回复​踩​举报

    伯努利方程仅适用于非粘性流体 没有截面突变的情况。提到了流体的粘性,还有截面突变,就不能用伯努利方程了。实际就是流体的惯性力与粘性力的比对,惯性力大于粘性力,流体分离。 ​

    Beth
    流动分离的必要条件,粘性和逆压梯度

    主角太小
    扯比大王
    这就是为什么机翼可以有比较好的升力,简单来说,流体正常应该按照来流的速度方向运动,然后遇到障碍后,改变了轨迹,但还是倾向于按照原来的速度方向运动,所以,对于圆柱就按照切线方向,但是流体存在粘性,会让它有贴着物体运动的力,综上,再考虑到机翼和圆柱形状的差别,就造成了分离点位置的不同

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