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边界层分离现象

当流体流过物体的时候,由于流体本身的粘性,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粘性影响,此处的流动可以按照无粘来处理。在物面和可以按无粘处理的流体之间的这一部分流体就是边界层。

分离概念

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,边界层内的流体会逐渐减速,增压。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正压梯度,流动在正压梯度作用下,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。

由上面的原理我们可以知道,边界层要分离必须满足两个条件:一个是流体有粘性,第二个是流体必须流过物面。

边界层分离如果发生在机翼上将产生很严重的后果,那就是失速。边界层分离还会使机翼的阻力大大增加,机翼被设计成园头尖尾的流线型就是为了减小阻力。在高亚音速飞机上采用的超临界翼型,也是为了避免边界层的分离。

航空科技人员为了克服边界层分离所做的努力,贯穿了近代航空的发展历程,始终是推进航空科技发展的重要动力之一。

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