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<
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)yδ(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)yδt(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。Pr=ν/α∝动量传递能力/热量传递能力。一般情况下,对于液体Pr>1,δ>δt;对于气体Pr≈1,δ≈δt;而对于液态金属Pr <0.1,δ
Ⅲ传质边界层(浓度边界层)
当流体流经某种固体壁面时,如果固体壁面会溶解(如苯甲酸)或升华(如萘),或者壁面为多孔板(会从孔内渗入或渗出某组分A),由于这些原因之一,使流体与固体壁面形成流动边界层δ的同时,还会由于传质而形成浓度分布。其浓度场可划分为两个区域:(1) yδc(层外区域):法向浓度梯度约为0,可忽略法向分子扩散。
1•边界层理论概述 ...................................................................... 1
1.1边界层理论的形成与发展 ..................................................... 1
1.1.1边界层理论的提出 ..................................................... 1
1.1 边界层理论存在的问题 ........................................................ 2
1.2边界层理论的发展 .............................................................. 2
2边界层理论的引入 .................................................................... 3
3边界层基础理论 ...................................................................... 4
3.1边界层理论的概念 ................................................................... 4
3.2边界层的主要特征 .............................................................. 6
3.3边界层分离 .................................................................... 7
3.4层流边界层和紊流边界层 ..................................................... 9
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<
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)yδ(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)yδt(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。Pr=ν/α∝动量传递能力/热量传递能力。一般情况下,对于液体Pr>1,δ>δt;对于气体Pr≈1,δ≈δt;而对于液态金属Pr <0.1,δ
Ⅲ传质边界层(浓度边界层)
当流体流经某种固体壁面时,如果固体壁面会溶解(如苯甲酸)或升华(如萘),或者壁面为多孔板(会从孔内渗入或渗出某组分A),由于这些原因之一,使流体与固体壁面形成流动边界层δ的同时,还会由于传质而形成浓度分布。其浓度场可划分为两个区域:(1) yδc(层外区域):法向浓度梯度约为0,可忽略法向分子扩散。
- 1 - 边界层理论
边界层理论始于20世纪50年代，是一种以社会学中的社会心理学为基础的理论。由于受到社会中的文化差异的影响，社会的边界层不同于一般的社会结构，它是一种身份认同和社会化过程的实质性结构。其主要内容包括边界层的组成、功能、社会定位和边界层的调整等。
边界层理论主要聚焦于社会层次之间的关系，侧重考察如何管控不同社会层次之间的实证关系，揭示边界层的特征和机理，也为不同社会层次的社会活动提供了一种新的研究框架。
边界层理论告诉我们，每一个社会都由不同的社会层次组成，而每一个社会层次都有它自己的特点，例如在国家层次，就存在不同国家之间的文化差异和经济利益分配差异；在社会机构层次，就存在社会经济地位差异等。边界层是社会层次之间连接的桥梁，在不同层次上，边界层有着不同的功能。
首先，边界层能够承载社会分类信息，从而使每个社会层次的身份认同更加清晰，例如在民族层次上，边界层有着民族特征，即民族分类的功能，而在宗教层次上，边界层有着宗教的认同，也就是运用边界层的宗教特征来区分每一个宗教信仰。
其次，当边界层作用于不同社会层次之间时，它还具有一种吸引力，它能够将不同社会层次之间的交流促进，以此来实现平等和融合。这种吸引力可以表现为模仿或认可他人的行为，获得他人的认可和关注，以此来拓展自身的社会地位，最终可以实现融合或社 - 2 - 会化。
最后，边界层理论还提供了一些有效的措施来加强边界层的建设，首先，政策立法应该重视社会层次之间的不平等问题，加强社会层次之间的调整，如政府可以以财政补贴的形式来实现资源分配的公平，减少社会层次之间的不公平。其次，政府需要加强文化教育，确保建立一种同理心的文化氛围，减少不同社会层次之间的文化冲突，从而让边界层的建设更加有效。
社会的发展和进步，不仅需要不同社会层次之间的动力，而且也需要有效的边界层，只有社会的边界层得到加强和完善，才能有效地联系不同的社会层次，推动社会的发展。边界层理论给我们提出了一种新的观点，用于解读不同社会层次之间的联系，进而让边界层更加有效地联结不同的社会层次，从而为社会发展提供了全新的基础。
