資源描述：
《C4不可壓縮粘性流體外流》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、C4不可壓縮粘性流體外流外流：物體在無界的靜止粘性流體中運動,或無界的粘性流體繞物體流動時形成的流場。C4.1引言外流的特點:由壁面不滑移條件,在物體周圍形成從物面速度為0到外流的速度梯度區(qū)域(粘性影響區(qū))。當Re<<1時,整個流場處于粘性影響區(qū)范圍內;隨Re數(shù)的增大,粘性影響區(qū)范圍逐漸縮小;當Re>>1時,粘性影響區(qū)縮小到壁面附近的狹窄區(qū)域內(邊界層)。Re很大的實際流體繞固體均勻流動時，在固體后部將產生旋渦區(qū)，而理想流體的均勻流動則無此區(qū)。分析邊界層內的流動為求解邊界層內的速度分布和壁面摩擦阻力.粘性概念1)流
2、體粘性：在作相對運動的兩流體層的接觸面上，存在一對等值而反向的作用力來阻礙兩相鄰流體層作相對運動的流體性質。粘性阻力或內摩擦：由粘性產生的作用力。粘性阻力的成因：由于存在分子不規(guī)則運動的動量交換（氣體）和分子間的吸引力（液體）。2)牛頓內摩擦定律：F=μAdV/dy或τ=F/A=μdV/dyμ為動力粘性系數(shù),與流體種類和溫度有關的比例常數(shù)。3)粘性系數(shù)μ：是流體粘性大小的一種度量。不同的流體有不同的μ值。C4.2邊界層概念邊界層：定常繞流中流體粘性只在貼近物面極薄的一層內主宰流體運動，稱這一層為邊界層。整個流場可劃
3、分為邊界層、尾跡流和外部無粘流(位流)三個區(qū)域。邊界層概念根據(jù)大雷諾數(shù)下邊界層非常薄的前提,可對粘性流體運動方程作簡化,得到普朗特方程的邊界層微分方程。在邊界層內，流速由壁面上的零值急劇地增加到與自由來流速度同數(shù)量級的值。因此沿物面法線方向上的速度梯度很大，即使流體的粘性系數(shù)很小，但粘性應力仍然可達到一定的數(shù)值。此外,由于速度梯度很大,使得通過邊界層的流體有相當大的渦旋強度,流動是有旋的。在逆壓梯度作用下流動會發(fā)生分離。勢流U∞邊界層尾跡流當邊界層內的流體離開物體而流入下游時，在物體后面形成尾跡流，在尾跡流中，初始
4、階段還帶有一定強度的旋渦，速度梯度還相當大，但是由于不存在固體壁面的阻滯作用，不在產生新的旋渦，原有的旋渦將逐漸擴散和衰減，速度分布漸趨均勻，直至在遠下游處尾跡完全消失。邊界層和尾跡流以外區(qū)域，流動的速度梯度很小粘性影響可忽略，流動近似為無粘的理想流動。繞流場：可由滿足歐拉方程的外部流場與有粘性應力的邊界層方程控制的內部流場組合而成。流場三個區(qū)域1.邊界層厚度估算單位體積流體的慣性力相應量級為單位體積流體的粘性力相應量級為在邊界層粘性力與慣性力量級相當:〖說明〗邊界層的厚度與(Re)1/2成反比.當Re→∞,邊界層
5、厚度趨于0,即邊界層的特點是厚度很小.δδ(x)xlxyU2．邊界層厚度的增長大量的實驗數(shù)據(jù)和相似理論證實，流動狀態(tài)不僅取決與臨界速度，而且由綜合反映管道尺寸，流體物理屬性，流動速度的組合量—雷諾數(shù)Re來決定：Re=ρUx/μ=Ux/ν其中：ρ—流體密度；V—流體平均速度；l—特征長度；μ—流體動力粘性系數(shù)；ν=μ/ρ—流體運動粘性系數(shù)。Re數(shù)是相似流動中慣性力和粘性力量級之比。Re=ρVL/μ=VL/γ（=[ρV2]/[μV/L]=慣性力/粘性力）邊界層厚度的增長〖說明〗Re數(shù)越大表明流體質點慣性力相對與質點上的
6、粘性作用力也越大；反之，小Re數(shù)流動是粘性主宰的流動。在層流邊界層中當?shù)剡吔鐚雍穸葹?〖說明〗層流邊界層的厚度與(x)1/2成正比,隨著沿平板邊界層厚度不斷增長.3.邊界層內的流態(tài)層流:流體是一層層地流動,各層間互不相混的流動狀態(tài)。湍流(或紊流)：流速增大到某一個臨界值時，流體處于完全無規(guī)則的亂流狀態(tài)的流動狀態(tài)。臨界流速：把流動狀態(tài)發(fā)生變化時的流速稱為臨界流速。①上臨界雷諾數(shù)Recr′:由層流開始轉變到湍流時所對應的雷諾數(shù)。當Re＞Recr′時,流動為湍流狀態(tài)；②下臨界雷諾數(shù)Recr′:由湍流開始轉變到層流時所對應
7、的雷諾數(shù)。當Re＜Recr時,流動為層流狀態(tài)；③當Recr＜Re＜Recr′時，流動可能是層流狀態(tài)，也可能是湍流狀態(tài)。平板定常層流和湍流邊界層xT層流邊界層轉捩段AOBxU∞湍流邊界層邊界層內流動有層流和湍流。在一般情況下，流體從物體前緣起形成層流邊界層，而后由某出開始，層流邊界層處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并逐漸過渡為湍流邊界層。即當流速增大到某一個臨界值時，流體處于完全無規(guī)則的亂流狀態(tài)的流動狀態(tài)，Rex=U∞x/ν＞Recr時，繞平板層流邊界層流動為湍流狀態(tài)。臨界雷諾數(shù)xcT層流邊界層轉捩點AOxU∞湍流邊界層從層流轉變到
8、湍流的過渡區(qū)域稱為轉捩段。對應于轉捩點A的雷諾數(shù)為臨界雷諾數(shù)。Recr=U∞xT/ν。Recr數(shù)值由實驗確定，它與物面形狀和來流的紊流度有關。對于平板流動，Recr=5×105～3×1060.99V0YδpxC4.2.2邊界層厚度1.名義厚度V0邊界層外邊界由于離物面一定距離后,速度梯度就非常小,以致可不計粘性的影響如果以V0表示外部無粘流速度，則通常把各個
