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绕流运动与附面层基本概念

流体绕过不同几何形状固体边界的流动称为绕流运动。
绕流运动有三种基本形式:流体绕静止物体运动、物体在静止流体中运动、物体和流体作相对运动。
在绕流中,流体作用在物体上的力可以分为两个分量:一个是垂直于来流方向的作用力,叫做绕流升力;另一个是平行于来流方向的作用力。叫做绕流阻力。
绕流阻力由两类阻力组成:摩擦阻力和形状阻力。摩擦阻力是由流体的粘滞性所产生的,主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大、厚度极薄的一层流体薄层内,这个薄层叫附面层。形状阻力主要是指流体绕曲面体或具有锐缘棱角的物体流动时,附面层发生分离,从而产生旋涡所产生的阻力。这种阻力与物体形状有关,故称为形状阻力。这两种阻力都与附面层有关,所以,我们先建立附面层概念。
一、附面层的形式及其特性
(一)附面层的形式
(二)附面层的特性
1、附面层厚度沿流动方向逐渐增加。
2、在附面层内流体也存在紊流与层流两种流动型态
3、附面层内,沿物体表面外法线方向,速度由在表面上的零迅速增加到接近于未扰动的速度。因而,在这极小的距离内,势必出现很大的速度梯度。根据牛顿内摩擦定律,在附面层内将产生很大的内摩擦力,由此就形成了摩擦阻力。
4、附面层内,沿物体表面法线方向上压强保持不变。
二、管流附面层
匀流动的流体在管道入口起始端保持均匀的流速分布。由于管壁的作用,靠近管壁的流体将受阻滞形成附面层,其厚度随离管口距离的增加而增加。当附面层厚度等于管半径后,则上下四周附面层相衔接,使附面层占有管流的全部断面,形成充分发展的管流。其下游断面将保持这种状态不变。

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