边界层分离论文

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边界层分离

C4.6 压强梯度的影响：边界层分离边界层分离又称为流动分离，是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象。

边界层脱离壁面后的空间通常由后部的倒流流体来填充，形成涡旋，因此发生边界层分离的部位一般有涡旋形成。

当流体绕曲壁流动时最容易发生这种现象，图C4.6.1为典型的例子，在圆柱后部发生的流动分离形成一对涡旋，称为猫眼。

下面以具有顺压和逆压梯度的曲壁边界层流动为例说明边界层分离的原因和特点。

(图C4.6.1) 1．分离的物理原因正如C4.3所述，外流的压强可透过边界层，直接作用到壁面上。

在顺压梯度区（图C4.6.2中BC段）壁面附近的流体元将受到压力的推动前进；在零压强梯度区(C点)流体微团靠自身的动能克服粘性阻力前进;在逆压梯度区(CE段)流体元受到逆压和粘性力双重阻力逐渐减速，至S点时动能耗尽，速度为零。

在后部(SE段)倒流的流体挤压下，脱离壁面流向内部。

S点称为分离点，SE称为脱体区。

（用氢气泡技术演示圆柱绕流分离点和分离区）2．速度廓线特点普朗特边界层方程(C4.3.2)式为(C4.3.2) 在壁面上u = 0, v = 0, 由上式可得(C4.6.1)上式表明在壁面上速度廓线的二阶导数与方向的压强梯度符号相同。

如图C4.6.2所示，在顺压梯度区BC段< 0，由函数微分性质知速度廓线外凸；在压强极小值点C处，= 0，C点为拐点；在逆压梯度区CE段，>0，速度廓线内凹，且沿流动方向曲率逐渐增大，拐点上升，至S点，= 0，速度廓线与y轴方向相切；过S点后速度廓线继续内凹，速度变为负值，出现倒流。

SS’线称为间断面，SS’线后为分离区（图C4.6.2）。

(图C4.6.2)由上述分析可知，边界层分离的根本原因是粘性的存在（无粘性没有分离现象），分离的条件是逆压梯度的存在，分离的实际发生则是由流体元的滞止和倒流引起的。

[思考题C4.6.1]3．流动分离实例凡是存在逆压强梯度条件的边界层流动都可能发生分离，凸曲面绕流的背风面是典型的发生分离部位。

边界层的流动分离.

Fb
Fd
Fb

6
d3g

浮力，重力
Fd

CD
1 2
V 2

4
d2
CD

8

V
2d 2
气流阻力
Fb Fd
tg

4gd 3CD V 2
1

4 g d (1 / )
V
3 CD tg
1.25 kg / m3, 0.087 kg / m3 氢气密度 d 0.2 m, 60 0 1.78 105 pa s
摩擦阻力为主
分离区很小，或几乎不分离，压差阻力很小。如海洋鱼类。
一般工程建筑物的流体阻力：
FD

CD

1 2
U 2 A
A 是迎风面积，CD 是阻力系数，
从实验或半经验公式确定
CD CD (Re )
例：圆柱形烟囱，在均匀气流下受力。估计烟囱底部的弯矩 L 25m, d 1m 平均风速 u 50 km/ h
流体对固体小颗粒的阻力
FD

CD
1 2
V
2A
迎风面积
A d2
4
FD
V

CD

24 / Re 13 / Re
Vd
Re 1
Re 10 ~103

0.48
Re 103 ~ 105

这里 V 是小颗粒与流体的相对运动速度。
小球在流体中沉降过程受力分析
重力浮力阻力
x
p( x)
x
在区域 C-S（物体背风面），速度减少，压强上升，px 0 反压区，反压阻止边界层向前发展。同时承受壁面阻力

边界层分离发生机理

1、边界层分离发生机理当黏性流体流过物体的时候，由于流体本身的黏性，靠近物体表面的流体的速度为零，而离开物体表面一定距离的流体的速度则不受黏性影响，此处的流动可以按照无黏度来处理。

在物面和可以按无黏度处理的流体之间的这一部分流体就是边界层。

边界层是一个薄层，它紧靠物面，沿物面法线方向存在着切向速度的梯度，并因此而产生了黏性应力。

黏性应力对边界层的流体来说是阻力，与流体整体流动方向相反。

在流场的任意一点处，流速愈小，流体压力愈大，且压力穿过边界层不变。

边界层流动从物体表面脱离的现象。

边界层分离有两种情况，一是发生在光滑物面上，另一是发生在物面有尖角或其他外形中断或不连续处。

当流体处于光滑界面上时，起始阶段随着流道截面积逐渐减小，流速逐渐增大，压力逐渐减小，压力变小，即处于顺压区，压力梯度推动流体克服黏性力的作用向前流动。

当流体通过顺压阶段后，流道截面积逐渐增大，流速逐渐减小，压力逐渐增大，此时处于逆压区。

即需要将动能转变为压力能，以便克服前方压力以及粘性阻力而运动。

此时，边界层内法向速度梯度随之下降。

当壁面法向速度梯度在某位置上减小到零时，即该部分流体速度为零。

流体停留下来的点称为停滞点，该点处于高压，但由于流体的不可压缩性，后继流体无法接近停滞点，被迫脱离壁面和原来的流向向下游流去，该点也就是分离点。

分离后的边界层在下游形成较大的旋涡区；但也可能在下游某处又回附到物面上，形成局部回流区或气泡。

尖点处发生边界层分离的原因在于附近的外流流速很大，压强很小，因而向下游必有很大的逆压梯度，在其作用下，边界层即从尖点处发生分离。

2、理想流体能否发生分离理想流体是不可压缩的，没有黏性力的流体。

理想流体在现实中并不存在，是为人为设置的一种理想模型。

由于理想流体本身不具有黏性，在物体壁面流动时不会产生黏性力，也就没有边界层，也就无从谈起边界层分离。

理想流体流经圆柱体时，同黏性流体一样，存在停滞点，但在停滞点前后的流动状态完全对称，压力在停滞点前后的流动完全对称，流体对柱体未产生任何曳力，没有边界层分离。

激波诱导边界层分离的研究

振等问题，除了造成大量旋涡，大大增加机械能消耗【４２】；当边界层分离发生在火箭芯级表面时，将显著加大飞行阻力，当激波与边界层的相互作用加剧时，会引起分离区的扩大，导致火箭的抖振Ｉ”ｌ；如果边界层分离发生在冲压发动机的进气道内时，将会弓ｌ起流场的畸变，流量系数减小，还会加大气流总压损失，使总压恢复系数降低Ｉ“ｌ。

清楚地掌握流动分离的机理，有效地预测和控制分离是十分重要的，且具有重大的实用价值。

研究激波与边界层的相互作用，既是边界层分离基础研究的一项重要内容，也是为解决航天航空和军事作业中一些工程实验问题提供理论基础。

由此可见，分离现象的研究，对于推进航空科技发展，具有一定的现实指导意义。

激波与边界层的相互作用的研究，是当今流体力学、气体动力学和工程热物理学科发展前沿的重大应用基础理论课题，也是航空航天领域的几大亟待解决的问题之一。

１．２物理现象及研究方法激波与边界层相互作用（Ｓｈｏｃｋ．Ｗａｖｅ／Ｂｏｕｎｄａｒｙ－ＬａｙｅｒＩｎｔｅｒａｃｔｉ蚰），一股简称为“ＳＷＢＬＩ”【１ｌ’主要体现在激波冲击边界层诱导其发生分离的现象，见图１．３。

由于边界层内贴近壁面的总是一层亚音速流，而激波只能在超音速流中形成，因此从主流区射向平板壁面激波，只能伸到边界层内的声速处，不能直接伸展到壁面上，而平板边界层不能承受较大的逆压梯度，这对，激波后面的突跃高压使得流场质点通过这一亚音速层往前移动，流线凸起，出现了边界层分离。

图１．３激波与边界层作用的Ｘ光照片【２】分离区的出现使得流线的凸起更加显著，呈凸包状。

于是在激波入射点上游，形成一个压缩波区并汇聚成一道激波，称为第一道反射激波，第激波形成过程和边界层形成过程之间存在着强烈的相互干扰，由此导致极为复杂的现象，至今尚未完全了解这些现象。

由于激波常常引起边界层的分离，所以对于物体的阻力来说，激波的出现有重要的影响。

激波及相应流场的理论计算是非常困难的，在这不作讨论。

因为边界层的特性主要取决于Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数，而激波中的条件则主要取决于Ｍａｃｈ数。

边界层分离案例

边界层分离案例
那我给你讲个边界层分离的超有趣案例。

就拿飞机的机翼来说吧。

你看飞机在空中飞的时候，机翼周围的空气流动就涉及到边界层的事儿。

正常情况下，空气沿着机翼表面流动，就像一群乖乖听话的小蚂蚁沿着一条既定的路线爬行一样。

这个时候边界层是好好附着在机翼上的。

但是呢，要是飞机的飞行姿态突然变得很奇怪，比如说突然来个大仰角飞行，这就相当于给那些小蚂蚁（空气分子）来了个大惊吓。

机翼上表面的空气就开始不听话啦，靠近机翼表面的空气流动速度越来越慢，而外面的空气还在呼呼地往前冲。

这就好比一群小伙伴一起跑步，靠里面的小伙伴突然没力气了，外面的小伙伴还在奋力向前，这样就会出现一个断裂的情况。

在机翼这里呢，这个断裂就意味着边界层开始分离了。

一旦边界层分离，机翼上面的气流就变得乱七八糟的，就像一群没头的苍蝇到处乱撞。

这可就麻烦了，机翼能产生的升力会突然减小，飞机就可能失速，就像本来被托着稳稳飞的飞机突然失去了向上的力量，那可就危险喽。

还有一个例子就是汽车。

汽车在高速行驶的时候，车身周围也有空气的边界层。

当汽车突然经过一个障碍物，比如说一个大坑，车身突然震动或者形状突然有点变化的时候，车身表面的空气边界层也可能出现类似机翼那种分离的情况。

这时候汽车受到的空气阻力就会突然变得很奇怪，可能比正常行驶的时候大很多，就好像突然有个无形的大手在拖住汽车不让它好好跑了。

这就是边界层分离在汽车上的一个小表现啦。

2.8.2边界层分离

由于湍流边界层分离点较层流边界层靠后，故形成尾流较小，形体阻力也较小，但并不意味着总阻力较层流小。
像圆柱这样具有凸形的物体所产生的阻力都主要来自自由压差所引起的形体阻力，只有在低Re下才考虑摩擦阻力。
物体表面为流线型或平壁时，总阻力则以摩擦阻力为主，形体阻力反而可以忽略不计。
不同形状物体表面上的边界层特征各不相同。
对于平壁板面，其边界层以外的流动是均匀的，无速度梯度，也无压力梯度的。其边界层内压力在垂直于流动方向上的变化可以忽略，所以，在同一x距离处，边界层内外的压力均相同。
若在流动方向上的通道截面积发生变化（收缩或者扩张），则边界层外的速度和压力沿流动方向均会发生变化，它将对边界层内的流动有显著影响。正是由于边界层内的压力沿流动方向的急剧变化，引起了边界层分离这一重要现象。
2.8.2.2边界层分离条件
如上所诉，在边界层分离点前流线图形与理想流体基本相似，而分离点后则发生了实质性的改变。相应的压力分布也发生了很大变化，它转而又影响到产生边界层分离的条件。
最终分离点的位置将取决于最终的压力分布和速度分布，而不是取决于最初的流线图形。
如图2-29，在分离点P处，速度分布曲线在壁面处的切线正好与壁面垂直。
边界层分离（Boundary Layer Separation）
在某些情况下，边界层内流体发成倒流，引起边界层与固定壁面的分离，并同时产生涡旋的现象。
边界层分离是造成流体能量损失的主要原因之一。
2.8.2.1 边界层分离的形成过程
理想流体流经无限长圆柱体
因流体无黏性，其在整个流场均无能量损失，在圆柱四周的压力分布和速度分布完全对称
边界层分离
通常将上述边界层脱离壁面的现象称为——边界层分离。点P称为分离点——紧靠边壁的边界层中顺流和倒流之间的

边界层--文献综述

文献综述前言本人正在做平板壁面上流体边界层求解的数学模型实验，因此查询了一些有关边界层的一些文献。

在这里，我要对边界层是如何形成的、它的定义、边界层的理论要点及其重要性和作用进行综述。

正文1.边界层的形成实际流体在固体边界上没有滑动，流体相对于边界的速度为零。

结果，速度梯度与切应力均在边界上有极大值，而在流体内部逐渐减小。

在那种情况下靠近边壁处速度梯度的陡度变得很大，而仅在贴近边界的较薄层内才发生明显的粘性剪切。

在此薄层之外，速度梯度迅速坦化，而粘性切力变小，此狭窄区域即称边界层。

2.边界层定义由于流体的黏滞性，在紧靠其边界壁面附近，流速较势流流速急剧减小，形成的流速梯度很大的薄层流体。

3.边界层理论3.1 边界层理论的概念根据黏性流体的黏附条件，当实际流体沿固定不动的固体壁面运动时，紧贴壁面的一层流体将黏附在壁面上而不滑脱。

黏附于壁面上的这层流体的速度为零。

在与壁面相垂直的法线方向上，流速由壁面处的零值迅速增大，并最终趋近于一定值。

Prandtl认为，在固体壁面附近存在着一流体薄层，此流层中的壁面法线方向上的速度梯度很大。

称这一流体层为边界层。

根据Prandtl边界层理论，在边界层中，既要考虑惯性力的作用，也要考虑黏性力的作用，即把流动视作黏性流体的有旋流动。

在边界层之外的流动区域中，壁面法向上的速度梯度极小，表明固体壁对流动的阻滞作用十分微弱，称此区域为主体流动区域。

在主流区域内，黏性力较惯性力小很多，因而无需考虑黏性力的影响，把流动看成是理想流体的有势流动。

3.2 边界层的主要特征边界层内的流动同时受粘性力和惯性力的作用，且由于存在流速梯度，流动是有涡流。

边界层厚度较一般物体的特征长度要小得多，即/ 1.0L δ<<。

边界层内既然是粘性流动，必然也存在层流和紊流两种流态，与其相应的边界层分别称为层流边界层和紊流边界层。

如图（1）所示的平板绕流，边界层从板端开始，在前部由于边界层厚度很薄，流速梯度很大，流动受粘性力作用控制，边界层内为层流，即层流边界层。

边界层分离现象

1、边界层分离现象边界层中的流体质点受惯性力、粘性力和压力的作用。

其中，粘性力的作用始终是阻滞流体质点运动，使流体质点减速，失去动能；压力的作用取决于绕流物体的形状和流道形状，顺压梯度有助于流体加速前进，而逆压梯度阻碍流体运动。

以圆柱绕流为例说明边界层的分离现象。

对于理想流体，流体微团绕过圆柱时，在OM段为加速减压区，压能转化为动能。

在MF段为减速增压区，动能减小压能增加。

对于粘性流体，在上述能量的转化过程中，由于粘性的作用，边界层内的流体质点将要克服粘性力作功而消耗机械能。

因此微团在逆压区，不可能到达F点，而是在MF段中的某点处微团速度降为零，以后来的质点将改道进入主流中，使来流边界层与壁面分离。

在分离点下游的区域，受逆压梯度的作用而发生倒流。

分离点定义为紧邻壁面顺流区与倒流区的分界点。

在分离点附近和分离区，由于边界层厚度大大增加，边界层假设不在成立。

边界层分离的必要条件是：逆压梯度和物面粘性的阻滞作用结果。

仅有粘性的阻滞作用而无逆压梯度，不会发生边界层的分离，因为无反推力使边界层流体进入到外流区。

这说明，顺压梯度的流动不可能发生边界层分离。

只有逆压梯度而无粘性的阻滞作用，同样也不会发生分离现象，因为无阻滞作用，运动流体不可能消耗动能而滞止下来。

气流绕翼型的流动与边界层分离现象如下图：需要指出的是：逆压梯度和壁面粘性阻滞作用是边界层分离的必要条件，但不是充分的，也就是说只有在一定的逆压梯度下，才有可能发生分离。

2、在不同压力梯度区边界层的速度分布特征根据边界层动量方程，在壁面上：压力梯度对边界层内流动速度分布产生一定的影响。

对于顺压梯度的情况，有：对于逆压梯度的情况，有：对于零压梯度的情况，有：由此可见，随着压力梯度的变号，边界层速度分布的曲率将改变符号。

对于顺压梯度区，压力沿程减小，速度沿程增加。

在壁面处：另一方面，在边界层的外边界上，有：由此说明，在顺压梯度区，边界层内的速度沿y方向是单调增加的，分布曲线无拐点，是一条向外凸的光滑曲线，流动是稳定的。

流体流动中的边界层研究

流体流动中的边界层研究边界层是流体流动过程中一个非常重要的现象。

在流体流动的过程中，由于粘性的存在，流体会在靠近固体表面形成一个粘性较大的区域，我们称之为边界层。

边界层的研究对于了解流体流动行为、改善流体流动性能以及预测流体流动中的阻力非常关键。

边界层研究的目的是探究在流体流动过程中，边界上的速度、压力和温度等物理量随距离的变化规律。

边界层是一种非常薄的区域，在流动物体表面附近，流体流动的性质会发生显著的变化。

边界层的研究不仅可以帮助我们理解流体流动现象的本质，还可以为工程设计和优化提供依据。

边界层的研究内容包括边界层的形成机理、边界层厚度的计算、边界层的发展和分离、边界层中的速度分布和剪切应力等。

边界层的形成主要是由于粘性的影响，粘性力会阻碍流体靠近物体表面的自由流动，从而形成一个粘性较大的区域。

边界层的厚度取决于流体的粘性和流动速度，可以通过流体力学方程和实验手段进行计算和测量。

边界层的发展过程可以分为两个阶段，即层流边界层和湍流边界层。

在层流边界层中，流体流动的速度分布遵循层流条件，流速逐渐减小到零。

在湍流边界层中，由于流体流动的不稳定性，流速会出现剧烈的波动，流动状态混乱不规则。

边界层的发展和分离对于减小阻力、改善流动性能非常重要。

在高速流动和复杂几何体的情况下，边界层的分离现象会导致阻力增大，因此需要通过研究边界层的发展和控制手段，降低流体流动中的阻力。

边界层中的速度分布和剪切应力也是边界层研究的重要内容。

由于边界层的粘性，流体流动的速度会随着距离的增加而增加。

在边界层的内部，由于剪切力的作用，会产生剪切应力。

研究边界层中速度的分布和剪切应力的变化规律，可以帮助我们了解流体在不同条件下的流动特性，为工程设计和流体力学问题的解决提供依据。

综上所述，边界层的研究对于理解流体流动行为、改善流体流动性能以及预测流体流动中的阻力等方面具有重要意义。

边界层的形成机理、厚度计算、发展和分离、速度分布和剪切应力等内容是边界层研究的重点。

边界层分离论文

浅谈对边界层分离的理解酱油潘西安交通大学能动学院摘要：本文中我们将就边界层分离机理、边界层分离机理、边界层分离条件以及如何控制边界层分离等四个方面对边界层分离现象做一个系统的说明；前提是在笔者所理解的范围内。

关键词：边界层分离控制关于边界层分离现象，郭永怀先生在其讲义中曾这样生动描述：“我们知道在减速区域内，流体的动能不断地在消耗，而且还要再压力的反作用下向下游流动。

一般地说，在减速区域内，压力梯度在下游方向不断增加；在动能消耗到一定程度，表面的一层流体就不能再克服压力的作用继续流动。

这就像在重力作用下的摆锤一样，在到达一个高度后，它的的瞬时速度就等于零。

当那一层薄薄的流体一旦停止向前运动，由于连续性的要求，下游的流体便必须倒流过来，就像一个楔子似地把边界层与固体分开。

”[1]当然，这只是从易于理解的角度上所作的大致说明，下面我们将就边界层分离机理、边界层分离机理、边界层分离条件以及如何控制边界层分离等四个方面对边界层分离现象做一个系统的说明；前提是在笔者所理解的范围内。

一、边界层分离现象首先我们先谈谈什么是边界层分离现象。

当一个粘性流体流过曲面物体例如圆柱体时，在物体表面附近也形成边界层。

但在某些情况下如物体表面曲率较大时，常常会出现边界层与固体壁面想脱离的现象。

此时，壁面附近的流体将发生倒流并产生漩涡，导致流体能量的大量损失。

这种现象称为边界层分离。

[2]二、边界层分离机理如下图所示当理想流体绕过圆柱体时，由于没有粘性，在柱体表面处滑脱。

根据伯努利方程，在流场的任一点处，流速愈小，流体压力越大。

当流体到达图中A点时，流速为零，流体的压力p最大。

由于理想流体是不可压缩的，因此，后继的流体质点在A点处流体高压力的作用下，将部分压力能转变为动能，并被迫改变原来的运动方向，绕过圆柱体向下游游去；由于柱体前后的流动完全对称，故压力在柱体前后的作用也完全对称，其结果是流体对柱体并未施加任何曳力。

因此，对于理想流体来说，是不可能发生边界层分离现象的。

湍流模型在平板边界层分离流动中的应用

60
C2 55
-
4 ,
表 2 κ-ε模型中的壁面衰减函数
模型 JL
fμ e - 215/ (1 + ReT/ 50)
f1
f2
1
1 - 013e - Re2T
ε0 2ν ( 9 κ/ 9 y) 2
E 2ννt ( 92 u/ 9 y 2) 2
LS Chien
e - 314/ (1 + ReT/ 50) 2 1 - e - 01011 5 y +
ρu
9κ 9x
+ρv
9κ 9y
=ρτ
9 9
u y
-
ρε+
9 9y
(μ+ μσκT)
9κ 9y
(12)
ρu
9ε 9x
+ρv
9ε 9y
=
f1
Cε1κερτ
9 9
u y
-
f 2 Cε2ρεκ2 +ρE +
9 9y
(μ+ μσεT)
9ε 9y
(13)
这里 ε=ε+ε0 , μT = Cμfμρk2/ε
κ2 Re T =εν,
Ry
κ1/ 2 =ν
y
,
y+
=
uτy
ν
κ-ε模型对高雷诺数区域的计算非常有效。
在固壁附近 , 粘性力占统治地位 , 因此在近壁区域
通常采用两种方法进行处理 : 壁面函数和低雷诺数
模型。本文采用低雷诺数模型对近壁区进行处理。
α=
13 25
,
α3
=1,
β=β0 fβ,
β3
=β03

边界层理论的理解

浅谈对边界层理论的理解Introduction to the Understanding of Boundary Layer Theory学院：市政与环境工程班级：环工1302班姓名：王晓慧学号：1303841316摘要摘要：边界层理论在流体力学的研究应用方面具有重要的作用。

边界层理论以在流体中运动物体的表面附近的流体为研究对象，将流体力学和计算力学有机地结合起来以处理相应的问题。

它主要解决物体所受摩擦力，分离点位置以及其他相关的流体动力学参数预报问题。

主要阐述了边界层理论的基本原理。

基本假设以及研究方法，包括边界层原理，边界层方程的推导。

前提是在笔者所了解的范围内，加深对边界层理论的认识。

关键词：边界层边界层理论边界层方程Introduction to the Understanding of Boundary Layer TheoryABSTRACTBoundary layer theory has an important role in the study of the application of fluid mechanics.Boundary layer theory of moving objects near the surface of the fluid in the fluid as the research object,the fluid dynamics and computational mechanics organically combine to deal with the issue accordingly.It is mainly to solve the friction force acting on the object,the separation point location and other parameters related to fluid dynamics prediction problems.Mainly on the basic principles of boundary layer theory.The basic assumptions and research methods.Including the derivation of the boundary layer theory,the boundary layer equations.Premise is understood within the scope of the author.Deepen the understanding of the boundary layer theory.Key Words：Boundary Layer；Boundary Layer Theory；Boundary Layer Equations前言流体是气体和液体的总称。

边界层分离论文

边界层分离(xxx)摘要：本文中我们将就边界层分离的现象、边界层分离发生的机理、边界层分离发生的必要条件以及如何控制边界层分离等方面对边界层分离现象做一个较为系统的描述。

关于边界层分离现象，郭永怀先生曾经在其讲义中这样生动描述到：“我们知道在减速区域内，流体的动能不断地在消耗，而且还要再压力的反作用下向下游流动。

一般地说，在减速区域内，压力梯度在下游方向不断增加；在动能消耗到一定程度，表面的一层流体就不能再克服压力的作用继续流动。

这就像在重力作用下的摆锤一样，在到达一个高度后，它的的瞬时速度就等于零。

当那一层薄薄的流体一旦停止向前运动，由于连续性的要求，下游的流体便必须倒流过来，就像一个楔子似地把边界层与固体分开。

关键词：边界层；分离；现象；控制A summary of boundary layer separationxxxAbstract:About the boundary layer separation phenomenon, Mr. Guo Y onghuai once in his lecture so vivid description: "We know that in the deceleration zone, the kinetic energy of the fluid constantly in consumption, but also the reaction under pressure then flows downstream. Generally, in the deceleration region, the pressure gradient increasing in the downstream direction; the kinetic energy consumption to a certain extent, the surface layer of the fluid can no longer continue to flow to overcome the effect of the pressure, which is like a pendulum under the action of gravity, as in reaching a height, its instantaneous speed is zero. when that a thin layer of fluid once the stop forward motion, as the requirements for continuity, downstream of the fluid it must come back, like a wedge Side of the boundary layer and the solid apart. "[1]Of course, this is only understandable from the perspective of the general explanation made the following, we will boundary layer separation mechanism, boundary layer separation mechanism, the boundary layer separation conditions and how to control the boundary layer separation and other four aspects of a boundary layer separation phenomena Description of the system; premise is understood by the author within the range.Keywords:Boundary layer; separation; phenomenon; control引言在雷诺数较大的情况下不可压缩黏性流体纵向流过平板时，在边界层外边界上沿平板方向的速度是相同的，且整个流场和边界层内压强保持不变。

激波诱导边界层分离的研究的开题报告

激波诱导边界层分离的研究的开题报告一、研究背景和目的：随着科技的快速发展和接受程度的逐渐加深，激波诱导边界层分离的问题已经成为了国内外广泛关注的热点问题。

目前，学术界对于激波诱导边界层分离的机制和影响因素方面的研究已经取得了一定的进展。

但是，由于目前尚未发现一种有效的方法来预测和控制激波诱导边界层分离的现象，因此本文拟对该方向进行深入研究，寻找一种可行的解决方案。

本研究旨在通过实验和数值模拟的方法来探究激波与边界层交互作用、激波类型和参数对边界层分离的影响以及边界层分离的机制，建立数学模型，并探讨其中的数学问题。

进一步研究激波边界层交互作用的机理，深入了解边界层分离的规律，为预测和控制激波边界层分离提供理论基础和方法支持。

二、研究内容和思路：本研究将分为以下几个研究内容：（1）建立数学模型：这一部分将结合实验和数值模拟得到的数据，建立激波诱导边界层分离的数学模型，并探讨其中的数学问题，如方程的求解方法和参数的选择等，并对模型的稳定性和准确性进行验证。

（2）实验研究：本研究将在风洞实验室内搭建相关实验设备，研究不同类型和参数的激波对边界层分离的影响。

通过实验数据的收集和分析，进一步验证和优化数学模型，并深入探究边界层分离的机理和影响因素。

（3）数值模拟：为了更加深入地研究激波边界层交互作用的机理，本研究将采取计算流体力学（CFD）的方法，利用Fluent等软件，模拟边界层分离过程中激波和边界层的交互作用，探究流动场和应力场的变化规律，以定量描述边界层分离过程中的物理机理。

（4）数学问题的解决：本研究还将探究数学问题，如适定性、长期行为、不变测度等问题，为模型的进一步优化提供支持。

三、研究意义和预期效果：通过研究激波诱导边界层分离的机理、参数对其的影响以及数学模型的建立与数学问题的解决等研究内容，本研究将得到以下意义和预期效果：（1）探究激波边界层交互作用的机理，深入了解边界层分离的规律，为预测和控制激波边界层分离提供理论基础和方法支持。

翼型边界层分离二维数值模拟探究

翼型边界层分离二维数值模拟探究1.1 研究背景及意义风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。

叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。

风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等[1]。

尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失[2]。

此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电率是节能的一项重要措施。

2 翼型基本知识2.1 几何参数翼型的气动性能直接与翼型外形有关。

通常，翼型外形由下列几何参数决定：1）翼弦2）前缘半径和前缘角翼型前缘点的内切圆半径称为翼型前缘半径，亚音速翼型前缘是圆的，超音速翼型前缘是尖的。

前缘点上下翼面切线的夹角就是前缘角。

3）厚度和厚度分布在计算翼型时通常采用如图2-2所示的直角坐标，x轴与翼弦重合，y轴过前缘点。

且垂直向上。

这样在x轴上方的弧线称为上翼面（以表示），下方的弧线称为下翼面（以表示）。

3 数值模拟理论3.1 k-ε模型k-ε模型是两方程湍流模型中最具代表性的，同时也是工程中应用最为普遍的模式。

湍流被称为经典力学的最后难题，原因在于湍流场通常是一个复杂的非定常、非线性动力学系统，流场中充满着各种大小不同的涡结构。

整个湍流场的特征取决于这些涡结构的不断产生、发展和消亡，同时，这些涡结构之间又不断发生着复杂的相互作用，这就使得对湍流现象的理解、描述和控制变得十分困难。

对于单相流动，科学界已经有较为成熟的湍流封闭模型。

k-ε模型包括标准的k-ε模型，RNGk-ε模型和可实现的k-ε模型，下面简单介绍一下：1）标准的k-ε模型：最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。

边界层理论及边界层分离现象

边界层理论及边界层分离现象一．边界层理论1.问题的提出在流体力学中，雷诺数Re∝惯性力/粘性力，当Re<1时，惯性力<<粘性力，可以略去惯性力项，用N-S方程解决一些实际问题（如沉降、润滑、渗流等），并可以获得比较满意的结果。

但对于工程流动问题，绝大多数的Re很大。

这时就不可以完全略去粘性力，略去粘性力的结果与实际情况相差很大。

突出的一例即“达朗倍尔佯谬——在流体中作等速运动的物体不受阻力。

”究竟应当怎样才能正确地处理大Re数的流动呢？这个矛盾一直到1904年，德国流体力学家普朗特提出了著名的边界层理论，即大Re数的流动中，大部分区域的惯性力>>粘性力，但在紧靠固壁的极薄流层中，惯性力≈粘性力，这才令人满意地解决了大Re数的流动的阻力问题。

2.边界层的划分Ⅰ流动边界层（速度边界层）以平板流动为例，x方向一维稳态流动，在垂直壁面的y方向上，流动可划分为性质不同的两个区域：（1）y<δ（边界层）：受壁面影响，法向速度变化急剧，du/dy很大，粘性力大（与惯性同阶），不能忽略。

（2）y>δ(层外主流层)：壁面影响很弱，法向速度基本不变，du/dy≈0。

所以可忽略粘性力（即忽略法向动量传递）。

可按理想流体处理，Euler方程适用。

这两个区域在边界层的外缘衔接起来，由于层内的流动趋近于外流是渐进的，不是突变的，因此，通常约定：在流动边界层的外缘处（即y＝δ处），ux＝0.99u∞，δ为流动边界层厚度，且δ＝δ(x)。

Ⅱ传热边界层（温度边界层)当流体流经与其温度不相等的固体壁面时，在壁面上形成流动边界层，同时，还会由于传热而形成温度分布，可分成两个区域：（1）y<δt（传热边界层）：受壁面影响，法向温度梯度dt/dy很大，不可忽略，即不能忽略法向热传导。

（2) y>δt（层外区域）：法向温度梯度dt/dy≈0，可忽略法向热传导。

通常约定：在传热边界层的外缘处（即y＝δt处），ts－t＝0.99(ts －t0) ≈ ts－t0，δt为温度边界层厚度，且δt＝f(x)；ts为壁面温度；t0为热边界层外（主流体）区域的温度。

热能与动力工程专业毕业设计

毕业设计(论文)
`
题
目
风机翼型边界层分离的二维数值模拟研究
院
系
动力工程系热能与动力工程 XXX XXX
专业班级学生姓名指导教师
二○XX 年 X 月
I
热能与动力工程毕业设计
风机翼型边界层分离的二维数值模拟研究
摘要
当风机工作时，气体流道的几何形状改变会使流体运动速度的大小和方向发生改变，从而产生流动分离。流动分离产生的冲击会造成流动损失。流体运动速度的大小和方向的改变，也会使得气体在进入叶片入口和从叶轮出来进入压出室时，流动角不等于叶片的安装角，从而产生冲击损失，影响风机的效率和性能。由于气体进入叶片入口时存在着冲击速度，使气体在风机叶片的吸力面上形成旋涡，造成边界层分离现象而会导致能量损失。针对 G4-73 风机翼型，利用商业软件 FLUENT 的前期处理工具 Gambit 建立二维不可压缩湍流模型，再利用 FLUENT 对性进行了相应的数值模拟计算，然后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出风机翼型边界层分离和攻角的关系。
Keywords: Wind turbine airfoil; Boundary layer separation; Numerical simulation;
Angle of Attack
II
热能与动力工程毕业设计
目
录
摘要.................................................................................................................................................. I Abstract........................................................................................................................................... II 1 绪论............................................................................................................................................. 1 1.1 研究背景及意义...................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状和趋势.......................................................................................................... 2 1.3 研究方法及主要内容.............................................................................................................. 3 2 翼型基本知识............................................................................................................................. 4 2.1 几何参数.................................................................................................................................. 4 2.2 气动特性.................................................................................................................................. 5 2.3 影响气动特性的主要因素...................................................................................................... 6 3 数值模拟理论............................................................................................................................. 8 3.1 边界条件的确定...................................................................................................................... 8 3.2 k-ε模型...................................................................................................................................... 8 4 数值模拟结果及分析............................................................................................................... 10 4.1 利用 GAMBIT 建立计算模型...............................................................................................10 4.2 利用 FLUENT 进行模拟计算............................................................................................... 11 4.3 模拟结果分析........................................................................................................................ 15 4.3.1 对攻角为-36°时的模拟结果分析...................................................................................... 15 4.3.2 对不同的攻角时的模拟结果分析..................................................................................... 17 4.3.3 对相同大小的正负攻角的模拟结果进行分析................................................................. 19 结论............................................................................................................................................... 23 参考文献....................................................................................................................................... 24 致谢............................................................................................................................................... 26

流动状态对边界层分离和流动阻力的影响

流动状态对边界层分离和流动阻力的影响下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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边界层分离综述

边界层分离综述西安交通大学化工31班陈光2131502008摘要：当流体流过物体时，由于流体本身黏性作用，会在物体表面形成边界层。

而在某些情况下，如物体表面曲率较大时，常常会出现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，流体力学中称这种现象为边界层分离现象。

本文就边界层分离机理、边界层分离发生条件、边界层分离的控制及边界层分离应用等方面对其作出系统介绍。

关键词：边界层分离；发生机理；控制；卡门涡街引言当流体流经曲面物体或化工流体输送过程中流体流经管件、阀门、管路突然扩大或突然缩小以及管路的进出口等局部地方，都会出现边界层的分离现象。

边界层分离理论在化工流体输送和流体力学的研究应用方面具有重要的意义。

1.边界层分离发生的机理1)边界层分离概述边界层是一个薄层，它紧靠物面，沿壁面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流动区域。

粘性应力对边界层的流体来说是阻力，所以随着流体沿物面向后流动，边界层内流体流速会减小，压力增加。

由于流体流动的连续性，边界层会变厚，以在同一时间内流过更多的低速流体。

因此边界层内存在着逆压梯度，流动在逆压梯度作用下，会进一步减速，最后整个边界层内的流体的动能都不足以长久的维持流动一直向下游进行，以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反，即产生逆流。

该逆流会把边界层向势流中排挤，造成边界层突然变厚或分离。

边界层分离之后，它将从紧靠物面的地方抬起进入主流，与主流发生参混，结果是整个参混区域的压力趋于一致。

2)模型分析现以黏性流体绕过一无限长圆柱体的流动为例，从边界层的形成和变化过程来说明曲面边界层的分离现象。

如图a所示：图a 黏性流体流过圆柱体表面情况当流体到达A点（驻点）时，流速为零，流体的压力p最大。

由于流体是不可压缩的，后继流体质点在A点处，流体高压力作用下，只好将部分压力作用转化为动能，沿圆柱体继续向下游流动。

又由于流体黏性作用，沿柱体表面的法线上将建立起速度边界层，且沿流动方向逐渐加厚。