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第五章不可压缩流体的二维流动引言：在前面几章主要讨论了理想流体和黏性流体一维流动，为解决工程实际中存在的一维流动问题打下了良好的基础。
本章讨论理想不可压流体的二维有势流动以及二维黏性流体绕物体流动的基本概念。
第一节有旋流动和无旋流动刚体的运动可分解为移动和转动两种运动形式，流体具有移动和转动两种运动形式。
另外，由于流体具有流动性，它还具有与刚体不同的另外一种运动形式，即变形运动(deformationmotion)。
本节只介绍流体旋转运动即有旋流动(rotation—alflow)和无旋流动(irrotational flow)。
一、有旋流动和无旋流动的定义流体的流动是有旋还是无旋，是由流体微团本身是否旋转来决定的。
流体在流动中，如果流场中有若干处流体微团具有绕通过其自身轴线的旋转运动，则称为有旋流动，如果在整个流场中各处的流体微团均不绕自身轴线的旋转运动，则称为无旋流动。
强调“判断流体流动是有旋流动还是无旋流动，仅仅由流体微团本身是否绕自身轴线的旋转运动来决定，而与流体微团的运动轨迹无关。
”举例虽然流体微团运动轨迹是圆形，但由于微团本身不旋转，故它是无旋流动；在图5—1(b)中，虽然流体微团运动轨迹是直线，但微团绕自身轴线旋转，故它是有旋流动。
在日常生活中也有类似的例子，例如儿童玩的活动转椅，当转轮绕水平轴旋转时，每个儿童坐的椅子都绕水平轴作圆周运动，但是每个儿童始终是头向上，脸朝着一个方向，即儿童对地来说没有旋转。
二、旋转角速度(rotationalangularvelocity)为了简化讨论，先分析流体微团的平面运动。
如图5—2所示有一矩形流体微团ABCD在XOY平面内，经丛时间后沿一条流线运动到另一位置，微团变形成A，B，C，D。
流体微团在Z周的旋转角速度定义为流体微团在XOY平面上的旋转角速度的平均值速度环量是一个标量，但具有正负号。
速度环量的正负号与速度方向和积分时所取的绕行方向有关。
漩涡流量计的使用与调试摘要：漩涡流量计在流量计领域独树一帜，而且都是智能型，虽然安装条件苛刻，参数设定繁琐，但其优点远远大于其缺点，被众多厂家接受。
关键词：漩涡；一体型；分离型；BT200终端；编程Abstract: the vortex flowmeter field in flowmeter of its own, and it is intelligent, although install strict, set parameters tedious, but its advantage is far greater than its faults, accept the manufacturers.Keywords: whirlpool; A size; Separation type; BT200 terminal; programming引言DY型漩涡流量计和DYA漩涡流量转换器是上海横河电机有限公司生产制造的一种流量计，它可以测量液体、气体和蒸汽等的流量并把其转换成4～20mA DC模拟输出信号或脉冲输出信号。
由于转换器可与流量计分开安装，因此可对高温液体、蒸汽等进行测量。
与其他流量计相比，具有测量元件结构简单、性能可靠、使用寿命长、测量范围宽、压力损失小、准确度较高、维护量小等优点；并且涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响。
一般不需单独标定。
各类行业如石油化工、石油储运、医药卫生、矿山、港口、水泥和热电等都广泛使用，所以有必要对其使用和调试做进一步了解。
1、型号和规格漩涡流量计可分为一体型和分离型。
一体型漩涡流量计（DY）的转换器与流量计是一体的，而分离型漩涡流量计（DY-N）是与DYA型漩涡流量转换器一起使用，它们是用一根专用电缆（DYC）连接起来的。
DY数字式漩涡流量计的型号与规格有很多种类，常用口径从DN15至DN300，输出信号4～20mA DC，脉冲BRAIN通信（组合型），管道连接分夹持型与法兰型，有两种壳体材质和两张发生体材质可供选择。
流体涡流产生原理
流体涡流产生原理是指在流体中存在着一种绕流运动，即涡流运动。
涡流运动是流体的一种复杂的非定常运动形式，产生的原因是在流体中存在着各种各样的扰动，如障碍物、旋转体、流动速度梯度等。
当这些扰动作用于流体时，就会形成涡流。
涡流的产生是由于流体的转动，因此在涡流的产生过程中，流体的转动是非常重要的。
在涡流运动中，由于流体中的各种扰动不断作用，使得流体中存在着各种不同大小、不同方向的旋转区域，这些旋转区域就是涡旋。
涡旋可以分为旋涡和漩涡两种类型。
旋涡是指在流体中存在着一种类似于涡流的绕流运动，但是没有明显的中心点和边界。
漩涡则是指在流体中存在着明显的旋转中心和边界，旋转运动比较强烈的涡旋就是漩涡。
涡流的产生不仅仅是在自然界中存在，还广泛应用于各种工业生产中。
例如在化工、制药、食品等行业中，涡流的产生可以用于混合、搅拌、分离等工艺过程中。
在风力发电、水力发电等新能源产业中，涡流的产生则是必不可少的关键技术。
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漩涡式分离器工作原理简介漩涡式分离器是一种常见的气体液滚涡分离设备，广泛应用于化工、电力、石油等行业中气体与液体的分离过程中。
其基本原理是借助旋涡作用实现气体与液体的分离。
本文将详细介绍漩涡式分离器的工作原理，包括其结构、分离机理与优缺点等内容。
结构漩涡式分离器通常由圆筒形状的分离器壳体、进料管、内壁圆环板、旋涡器和出料管等组成。
分离器壳体为圆筒形状，一端与进料管相连，另一端有出料管。
进料管和出料管之间的空间是用于气体与液体的分离。
内壁圆环板位于分离器壳体中间位置，形成一个环形空腔。
该圆环板横截面为外圆与内圆相交的环形，使进入分离器壳体的气液流体形成一个旋涡。
进料管将气液流体引入分离器壳体，圆环板将流体导向旋涡器，使其形成旋转运动。
旋涡器是分离器的核心部件，通常由一个椭圆形的空心结构组成。
进入旋涡器的旋转气液流体在旋涡器内部形成一个强烈的旋转运动，使气体和液体分离。
在旋涡器的顶端和底部，设有气体出口和液体排出孔，分别用于将分离后的气体和液体从设备中排出。
分离机理漩涡式分离器的工作原理基于离心力和重力的作用，通过旋涡运动将气体和液体分离。
首先，进入分离器的气液流体被圆环板导向，并形成一个旋涡。
这样的旋涡使气液分离器内部形成一个涡流区域。
在这个涡流区域内，气液流体受到离心力的作用，轻质的气体被迫向内侧运动，而重质的液体则被强制向外运动。
气体在涡流区域的中心圆轨迹上集聚，而液体沿着涡流区域的外部圆轨迹排出。
由于离心力的作用，液滴在旋转过程中会扩大，液滴的直径也会增加。
这使得液滴之间的碰撞频率增加，从而促进液滴的融合。
当液滴达到一定大小后，由于重力作用，液体沿着旋涡器的壁面往下流动，最终排出设备。
与此同时，集聚在涡流区域中心的气体，沿着旋转轴线向上运动，通过旋涡器顶部的气体出口排出设备。
通过这种机制，漩涡式分离器可以有效地将气体和液体分离，实现气液两相的快速分离和排出。
优点漩涡式分离器具有以下优点： 1. 结构简单：漩涡式分离器由较少的零部件组成，结构紧凑，易于安装和维护。
油水分离旋流分离器基本结构
油水分离旋流分离器（Cyclone separator）的基本结构包括以
下几个部分：
1. 进料口：从管道或容器中输入未分离的液体混合物。
2. 螺旋流发生器：位于进料口内部，用于产生高速旋转的涡流。
3. 旋流筒：一个圆柱形的容器，液体混合物从螺旋流发生器流入并在此处进行旋流分离。
旋流筒内通常有多个导向板（baffles）和狭缝（slots）来增加液体的旋转速度和分离效果。
4. 分离室：位于旋流筒的顶部，用于分离出液体中的固体颗粒和液体滴落。
分离室通常具有阻塞口（overflow outlet）和废
液排放口（underflow outlet）来分别排放清洁的液体和固体颗粒。
5. 出口：从分离室中排放清洁的液体，有时也会有废液排放口来排放废液。
总体而言，油水分离旋流分离器的工作原理是通过借助旋流效应将液体混合物中的固体颗粒和液体滴落分离出来，从而达到油水分离的目的。
姓名：刘静学号：2009100005 旋涡与分离流动在航空飞行器设计中的应用旋涡与分离流动是流体动力学中一类复杂的流动现象。
它广泛存在于各种物体的绕流中，如航空航天飞行器、建筑物、风机、流体机械、以至体育运动中的绕流流动等。
由于分离现象对物体的绕流特性和气动特性有着十分严重的影响，所以长期以来人们对分离现象及其流动特性进行了广泛、深入的研究。
早期二维分离的研究结果为气动设计提供了尽量避免分离的设计原则。
然而随着三维分离的研究与深入，特别是在一定条件下的三维分离将发展成为具有有利干扰的旋涡运动，出现了多种多样的应用可控分离流概念的气动设计技术。
特别是“协和号”细长翼超声速运输机和“哥伦比亚”航天飞机的研制，进一步促使分离流从应用到基础研究的突飞猛进，出现了可控分离流的概念。
从此，人们从传统的尽量避免分离的气动设计概念发展到控制并利用分离流动的新阶段，分离流研究工作也进入一个新的发展高潮，并形成了分离流研究这一新分支。
航空界所称的“大迎角空气动力学”就是以旋涡分离流为研究中心的流体力学科分支。
与此同时，在航空应用上提出了许多控制和利用分离及其有利干扰的新型气动布局，例如边条翼、涡襟翼、鸭翼近距耦合、展向吹气等。
由于现代飞行器要实现大迎角飞行，超机动飞行和改善过失速机动性能，通常采用三角翼，这主要是利用分离涡产生非线性涡升力及协调亚、跨、超音速不同速度范围对机翼平面形状要求的矛盾。
近二十对年来，这类机翼的空气动力学研究十分活跃，研究成果也很丰富。
它之所以成为空气动力学、流体力学的研究热点之一，原因如下：（1）三角翼本身是现代高性能飞行器所普遍采用的实际机翼，为提高飞行器性能，希望深入了解其上的复杂流动；（2）三角翼几何形状简单，流场中没有历史遗留的旋涡，便于研究，而且其流场中包含有丰富分离及涡运动形态，目前，这些复杂流动的机理、规律还不很清楚，因此，也是基础研究的重点之一；（3）历史上，飞行器扰流形态从附着流型走向定常脱体涡流型，使飞行器性能向前跨了一大步，近年来，人们又发现利用弱非定常扰动对流动的激发、整流作用和旋涡的非线性效应，可以大大改善气动效果，这又向人们展示了一个美好的前景，而这种非定常效应在三角翼上是易于实现和研究的。
三角翼上流场的一般特性是：在某一攻角下，沿前缘的分离流形成了自由剪切层，该剪切层卷起形成了前缘涡或称主涡，前缘涡诱发了沿展向的逆压梯度，导致了二次分离及二次涡，同样，二次涡又可以诱发三次分离和三次涡等等。
前缘可以产生非线性升力，提高稳定性，增加垂危的操纵性。
随攻角增大，这种非线性升力增强，但攻角达到一定程度后，前缘涡破裂，流场剧变，前缘涡成为不利的非定常流动，它将导致升力下降，俯仰力矩突然变化，机翼摇摆，抖振，甚至产生双垂危的疲劳破坏以致共振。
对于双三角翼、边条-三角翼和近距耦合鸭翼，还存在来自不同机翼的涡流相互作用，对于跨、超音速流动，还存在着涡-激波、激波-边界层的相互作用，这都使流动更加复杂。
三角翼上前缘涡的破裂有两种基本形式，即泡型破裂和螺旋型破裂。
目前，对于涡破裂的机理、变化规律还缺乏深入的认识。
泡型破裂的特点是：前缘涡旋转轴上有一滞点，随后涡核突然膨胀，形成了回流型包络线；螺旋型破裂的特点是：沿前缘旋转轴流动迅速减速并突然形成一个绕结，整个螺旋结构沿旋转轴以前缘涡相反的方向周期旋转。
关于涡破裂的起因亦有多种假说，如动力失稳理论、准柱模型以及边界层分离比拟方法、波动理论、拓扑结构理论，但目前还没有公认的涡破裂模型。
虽然三角翼上涡流问题的研究已有30多年的历史了，而用计算机流体动力学的方法研究三角翼绕流只有十多年的历史，但其发展很快，且较活跃，这是因为：（1）试验研究的代价较高，而计算的费用则越来越低；（2）数值模拟方法及计算机水平的提高使CFD越来越来成熟、强大，其模拟复杂流动问题的能力逐渐被大家所认可；（3）三角翼上的流动复杂，用试验的方法定量、细致描述其流动形态比较困难，如目前的试验技术较难确定附着线位置，尤其是二次附着线，如果再考虑涡破裂的非定常流动问题，则试验就更难以捕捉这种高速瞬时现象了，而CFD的优点就是可以定量、细致、清晰地描述流场，可以进行任意变量、区域、时间的流场再现、放大、诊断，这也是流动机理研究所希望的。
自80年代后期以来，美国NASA Ames Research Center, Langley Research Center，美国空军Wright Lab，德国DLR,，日本Aerospace Lab，台湾成功大学等先后开展了用CFD模拟三角翼上涡流问题的研究，发表了很多论文，本文综述近些年来这方面的研究进展。
用CFD方法研究三角翼上流动情况的早期，大多使用Euler方程，因为Euler 方程数值模拟省时、省力，也易实现，对网格、计算机的要求低，因而也取得了一定的成功。
荷兰Naional Aeroapace Lab(NLR)的Van den Berg 等的研究认为：实验表明，一般飞行器上总的涡流特性包括前缘涡的形成，以及涡流对上表面流动的影响等只轻微地依赖Re数，这意味着可以使用Euler方程来描述这些流动。
Euler方程可以描述有旋、对流、涡的拉伸及收缩等流动，也可以捕获由于激波、有固定分离点等生成的涡流。
虽然从理论上讲Euler方程不能描述分离等粘性作用较强烈的流动问题，但实际上由于计算格式中的数值耗散作用以及分离点固定在翼前缘，前缘涡主要受控于对流作用，对Re数并不敏感，从而不使用Kutta条件也能捕捉到前缘分离等现象。
这已为数值试验所证实，但是真实粘性所引发的其它位置上的流动情况尤其是比较细微的流动结构，Euler方程不能模拟，如位于主涡下部的二次分离对主涡的位置及强度均有影响，对表面压力分布影响较大，这些，Euler方程无能为力。
Euler方程虽然可以比较正确地模拟出三角翼上的总体流动特性和总的起动力，但对于诸如二次分离等具有重要作用的粘性现象只能用N-S方程的数值模拟来解决。
经典的飞机气动设计的基本点是保持附着流型，在飞机正常使用范围内不发生气流分离。
这样，可以得到最低的阻力和最高的升阻比。
机翼上的气流发生分离表示飞机达到了最大升力，是飞机使用的极限，而且机翼或机身上的分离可能引起尾翼或飞机的抖振，这也是飞机使用的一种极限。
直到60年代初期，战斗机的设计在执行主要任务的阶段还是保持着附着流型。
由于对机动性的日益重视，战斗机使用的迎角不断扩大，不可避免地要出现分离。
为了减轻和推迟分离，扩大战斗机的使用迎角范围，广泛采用了机翼变弯度措施，常用的是前缘襟翼和前缘缝翼。
对于现代战斗机，一般都要求在亚、跨音速有高的机动性能，同时也要求良好的超音速性能，对90年代的战斗机往往还要求具备过失速机动和超音速巡航的能力。
因此，现代战斗机一般采用中等到大后掠和相对厚度很小的机翼，而且机头也很细长。
这类飞机的特点是在不大的迎角时即发生分离，而且为旋涡流型。
如何利用旋涡空气动力的特点，发挥它的潜力，成为现代飞机设计的一个重要课题。
在60年代，瑞典的SAAB-37战斗机采用近距鸭式布局，成功地将旋涡空气动力学应用在飞机设计上，这种布局的特点是大后掠得鸭面涡与三角翼的流动产生有利干扰，推迟机翼分离，增大迎角的升力，减小阻力，对提高机动性有明显的好处。
在此以后，世界各国对近距鸭式布局进行了广泛和深入的研究，主要围绕充分发挥旋涡流型的优点和抑制它的缺点。
1903年莱特兄弟发明的第一架飞机就是将纵向操纵面放在机翼之前，也就是现在所说的鸭式布局。
那时对空气动力学还缺乏基本的研究，也不了解稳定性的要求。
莱特兄弟选用鸭式布局是根据他们的直觉，以为将纵向操纵面放在机翼之前可以得到良好的操纵性。
后来的研究表明，这架飞机在纵向和侧向均是不稳定的。
但由于鸭面一般失速在机翼之前，有较好的失速保护能力。
由于对稳定性和操纵性的了解逐渐深入，后来的飞机都采用正常式布局，即将平尾安排在机翼之后。
因为鸭面易于失速，将它作为纵向平衡和操纵的主要面是不利的。
而正常布局特别适合于初期的螺旋桨飞机，因为发动机、螺旋桨和驾驶员都在飞机的前部，平尾可以得到很大的力臂，另外平尾处于机翼的下洗场合螺旋桨的滑流中，对平尾的平衡能力和操纵效率起到有利作用。
对于静稳定的飞机，中心在气动中心之前，平尾的平衡力方向朝下，对全机来说起降低升力的作用。
而鸭式飞机则相反，鸭面的平衡力向上，提高全机的升力。
在航空的发展过程中，还是有一些飞机采用鸭式布局，以期能发挥鸭式布局的这种优点。
例如1927年德国的Focke-Wulf F19,1942年美国的Curtiss XP-55，1971年联邦德国的Dornier P.471等。
但由于前述原因，鸭式布局始终未得到广泛的应用。
很早就知道，对于大后掠的细长机翼，在很小的迎角时气流就自前缘分离形成旋涡，这种分离旋涡是很稳定的，而且随着迎角增大其强度不断增大，产生很大的涡升力。
但细长机翼的低速性能不好，阻力大，起飞着陆性能很差，不能直接应用在强调机动性的战斗机上。
着眼于利用细长机翼的旋涡流动，70年代出现了边条机翼的起动布局。
它是在机翼的前方加一细长的边条，边条在大迎角时大幅度地提高全机的升力和减小阻力。
这种明显提高大迎角升力的作用是边条旋涡本身的增升及与其后机翼流畅有利干扰的结果。
边条机翼气动布局是旋涡空气动力应用的一个典型例子，它取得很大的成功。
美国和前苏联的空中优势战斗机如F-16、F-18、米格29和苏27都采用边条机翼的布局。
三角翼分离和涡流的数值模拟研究将在以下几个方面取得进展：（1）、适合于三角翼分离及涡流模拟研究的低耗散、高分辨率的CFD计算格式，这将是精确模拟的基础，最近出现的AUSM、CUSP等低耗散格式表现出了出色的分辨率，当然还必须发展边界点与内点精度一直的边界处理方法。
（2）、分离和涡流的精细模拟和图像处理方法：高精度的计算方法、高质量的计算网格是精细模拟的前提，而涡流的后处理一直是一个难以解决的问题，同三维矢量场的显示一样，三维涡流的空间显示到目前仍无法解决，这大大限制了涡流的研究进展。
实际上，对于同一涡流问题，采用不同的显示剖面或截面，可能得出不同的结论，这在国内外已经引发了多次争论。
（3）、非定常涡流的数值模拟：这是一个很有潜力、目前人类认识有限的研究领域，甚至被比喻为“空气动力学的新曙光”。
由于计算机的飞速发展和CFD 的不断进步，非定常涡流的数值模拟有可能取得重大突破。
实际上，近几年来，美国等西方发达国家已经在这方面进行了大量研究，取得了一些成果，如以外发现的自由分离剪切层的非定常涡配对和脱落、飞行昆虫和鸟类非定常涡控制的模拟研究等等，这些研究虽然都是初步的，但也是鼓舞人心的。
对于非定常涡运动研究的目的在于实现优化的涡控制甚至智能化涡控制，这无疑也是一个很有潜力的方向。
