船舶流体力学大三上课件2014c-mhy

1、ShanghaiJiaoTong当不ShanghaiJiaoTong当不可压缩粘性流体流过平板时，在边界层外界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边界层内的压强都保持不变。当粘性流体流经曲面物体时，边界层外边界上曲面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压也将同样发生变化，对边界层内发生曲面边界层的分离现象将产生影响ShanghaiJiaoTong在实际工ShanghaiJiaoTong在实际工程中，物体的边界往往是曲面（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流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为界层分

2、离现象。流线型物体发生边界层分离情况下也ShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTong分离原因ShanghaiJiaoTong分离原因是什么发分分离的判据是什么特性是什么ShanghaiJiaoTong以不可压缩流体绕流圆柱体为在圆柱体ShanghaiJiaoTong以不可压缩流体绕流圆柱体为在圆柱体前驻点D处，流在DE段，流体加速减压方向形成顺压梯度，在沿点流速达到最大；过E点后，d 体增压，方向形成0d d d 压梯度0ShanghaiJiaoTong当流体绕过ShanghaiJiaoTong当流体绕过圆柱体最高点E流到后半部时，压强增加，

3、度减小，更促使边界层内流体质点大，从而使动能消耗当达到S点时，近壁处流体质点的动能已被消耗完尽，体质点不能再继续向前运动，于是一部分流体质点在S点停滞下来；过S点以后，压强继续增加，在压强差的作用下，除了上的流体质点速度仍等于零外，近壁处的流体质点开。ShanghaiJiaoTong接踵而来的流体ShanghaiJiaoTong接踵而来的流体质点在近壁处都同样被迫停滞，致越来越多被阻滞的流体在短时间内在圆柱体表面和主流之堆积起来，使边界层剧烈增厚，边界层内流体质点的倒流迅速扩展；而边界层外的主流继续向，这样在这个区域内ST线为界，在ST线内是倒流，在ST线外是向前的主流，两方向相反，从而形成旋

4、涡ShanghaiJiaoTong流体不再ShanghaiJiaoTong流体不再贴着圆柱表，而从曲面分出来，造成边界层分离S点称为分离点前和尾涡区外面的压强压差阻力的大小与物体ShanghaiJiaoTong以上的分如下结论粘性流体在压力降低ShanghaiJiaoTong以上的分如下结论粘性流体在压力降低区(加)，决不出现边界层的分离只有在压力升高区()，才有可能现分离，形成漩涡尤其是在主足够大的情况下边界层的分离就一定会发生ShanghaiJiaoShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTong分离及其产生原

5、边ShanghaiJiaoTong分离及其产生原边界相对平衡的动力学过程：惯性力、压力梯度、粘性力13：顺压梯度35：逆压梯度S：分离S点后：分离（动能）（层外主流）（阻滞ShanghaiJiaoTong边界层分离的条件存ShanghaiJiaoTong边界层分离的条件存在逆压梯度区壁面或粘性的阻滞二。但也必，这两个条件仅是产生离的必要条件而非充分条件ShanghaiJiaoTong2. 边界层分离的判ShanghaiJiaoTong2. 边界层分离的判别准Plandtl分离判据(二维定常边界xs确定分离点S的位在分离点yShanghaiJiaoTong3.分ShanghaiJiaoTong3

6、.分的特边界层离体，形成尾流（尾迹）ShanghaiJiaoTong分离点S的位置ShanghaiJiaoTong分离点S的位置 xs 与物体形状和边界层流边界层容易分离状态有关湍流边界层不易分离，分离点将后移、尾迹变窄分离的结果产生压差阻(形状阻力升力下降、阻力增加噪声增大出现纵向、横向涡激振荡ShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTong卡门涡街(vonKarmanvortex随着雷诺数的增大，边界ShanghaiJiaoTong当Re40时，边界层对称ShanghaiJiaoTong当Re90时，旋涡从柱体后部交替卡门涡街出来，形成当Re150时，涡，但旋涡的产生仍然是

7、周期性的随着Re数继续加大，周期性振频振动，变成不规则的ShanghaiJiaoTong卡门涡街的利用ShanghaiJiaoTong卡门涡街的利用及危利用：测量流体来流速度及流量。涡街流量危害：会产生振动及噪声，严重时产及声振1940州的塔可马a）吊桥被风吹ShanghaiJiaoTong分ShanghaiJiaoTong分离常常给工程上带来很大危例如：机翼表面严重分离，将造成失速螺旋桨桨叶谐鸣、效率降低、空化、振动等引起叶轮机械机械能损失、剧烈喘振和旋转失速，甚至造成结构破坏。因此，控制边界层分离对于增升、减阻和减振等很有实用价值ShanghaiJiaoTong改ShanghaiJiaoT

8、ong改变物面形状延长层流圆柱体和流线型柱ShanghaiJiaoTong将ShanghaiJiaoTong将物体设计成流线使物体后部细长，减小反向压力差，以推迟或避免边界层分离，达到减小旋涡阻力的目的。潜艇机翼、舵、飞机机身等都比较接近流线型避免尖点减少分因尖点后出现很强的反向压力差，使边界层立即在尖点处分离，应尽可能避免。ShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTong加导流在弯道处加导流片可以减小旋涡区，达到减小旋涡阻的目的常用于风洞和循环水槽，大断面弯曲流ShanghaiJiaoTongShanghaiJiaoTong增加边界层内流体的动分离点后ShanghaiJiao

9、Tong边界层大雷诺ShanghaiJiaoTong边界层大雷诺数下均匀绕流物体表面的流场可以划分为三个域，即外部势流、边界、尾涡粘。边界层外边II尾部流区I边界边界层外边itysreo Tong Univiai 边界层内：层流边界层，混合itysreo Tong Univiai 边界层内：层流边界层，混合边界层，湍流边界层，层流底层判别边界层的层流和湍流的准则数为雷诺数 35.(xShanghaiJiaoTong边界ShanghaiJiaoTong边界层的厚度将壁面流速为零与流速达到来流速度的99处之间的离定义为边界层厚度 。边界层厚度沿着流增厚方向逐ShanghaiJiaoTong边界层的

10、排挤厚uu1dy1U U ShanghaiJiaoTong边界层的排挤厚uu1dy1U U 边界层的动量厚u 1 u dyu 1 u U U U U ShanghaiJiaoTong边界层的基本特征ShanghaiJiaoTong边界层的基本特征与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小, 边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度边界层厚度沿流方向是增加的由于边界层很薄，可以近似认为边界层中各截面上的压等于同一截面上边界层外边界上的压力值在边界层内，粘性力与惯性力同一数量级边界层内的流态，也有层流和湍流两种流态ShanghaiJiaoTong层流边界层的微分方程组为2vvx ShanghaiJiaoTong层流边界层的微分方程组为2vvx xyyp vxvy ShanghaiJiaoTong层流边界层的微分方程组还可以写成2ShanghaiJiaoTong层流边界层的微分方程组还可以写成2vvxy ShanghaiJiaoTong顺流无限长平板层流边界层的控制方程为ShanghaiJiaoTong顺流无限长平板层流边界层的控制方程为2vx y ShanghaiJiaoTong边界层Karman动量积分方程 V V ShanghaiJiaoT