流體力學(xué)第九章ppt課件-資料下載頁

　　

【正文】 (867) 上述計算結(jié)果是依賴于所假設(shè)的速度分布規(guī)律的，不同階次的速度 分布，可以得出不同的結(jié)果。表 給出幾種不同的情況。 ? Rex20 .3 2 3Rew xv?? ??fC 0212fCv?? ???????＝fC Ref xC ＝20 .6 4 6Re xx? ＝11 .7 4 0Re xx? ?表 5． 48 1． 826 0． 730 0． 365 4． 64 1． 740 0． 646 0． 323 5． 84 1． 751 0． 685 0． 343 Vvx xxRe? xxRe1? xxRe2? 20Re?Vx ??22 ????????????????? yy ??4222???????????????????? ??? yyy3 2 1 2 3 247。 ? ? ? ? ? ? 247。? ? ? ? ? ? ? y y 二、 平板紊流邊界層的近似計算 ? 如前所述由于流動的混參以及速度和壓力的波動，紊流邊界層的速度分布都采用一些 模型假定 。 普朗特建議， 當(dāng)邊界層雷諾數(shù) 時，邊界層內(nèi)的速度分布可采用 次方規(guī)律，即： （ 868） 該式不能直接應(yīng)用于邊界層的內(nèi)邊界。通常認為粘性底層內(nèi)的速度分布為線形分布。 雷諾數(shù)取 時的摩擦阻力系數(shù)為： 當(dāng)時 普朗特和施利希廷 （ H. Schlichting）采用對數(shù)速度分布，得到如下的半經(jīng)驗公式： 7Re 10x ?7117()x yvV ???575 10 Re 10l? ? ? 150 .0 7 4 R eflC??97 10Re10 ?? l( lg R e )f lC ?層流與紊流邊界層的近似計算公式匯總 ? 平板的層流邊界層和紊流邊界層的重大差別有： 1) 紊流邊界層內(nèi)沿平板壁面發(fā)向截面上的速度比層流邊界層的速度增加得快 2) 沿平板壁面紊流邊界層的厚度比層流邊界層的厚度增加得快 3) 在其它條件相同的情況下，平板壁面上的切向應(yīng)力 沿著壁面的減小在紊流邊界層中要比層流邊界層減小得慢。 4) 在同一 下，紊流邊界層得摩擦阻力系數(shù)比層流邊界層的大得多 實際情況下，邊界層是層流和紊流同時存在的 混合邊界層 xRe0?71???????? ?yVv x5151 ??????????? xxxVx ?51Re04 ?? xx? ?? xx?512512 Re0 2 8 2 8 ????????????? xVxVV ???512 Re03 ?? lVbl ?4322???????????????? ???yyyVv x2 ??? xxV x? ?? xx?21Re68 ?? xx?2122 ???? ? xVxVV ??212 Re68 ?? lVbl ?21Re37 ?l 51Re07 ?l 邊界 層 內(nèi) 的 流 態(tài) 層 流 紊 流 邊界層的基本特性 速度分布規(guī)律 邊界層厚度 位移厚度 動量損失厚度 切向應(yīng)力 總摩擦力 摩擦阻力系數(shù) ` 層流與紊流邊界層的近似計算公式匯總 2??1?0?DFf C 第八節(jié) 邊界層的分離與卡門渦街 一、邊界層的分離 ? 以如圖所示的圓柱繞流為例 在勢流流動中流體質(zhì)點從 D到 E是加速的，為 順壓強梯度 。從 E到 F則是減速的 , 為逆壓強 梯度 流體質(zhì)點由 D到 E過程 ， 由于流體壓能向 動能的轉(zhuǎn)變 ， 不發(fā)生邊界層分離 E到 F 段動能只存在損耗 ， 速度減小很快 ， 在 S點處出現(xiàn)粘滯 ， 由于壓力的升高產(chǎn)生 回流導(dǎo)致邊界層分離 ， 并形成尾渦 。 如圖為邊界層分離示意圖 。 ? 從以上的分析中可得如下 結(jié)論 ：粘性流體在壓力降低區(qū)內(nèi)流動（加速流動），決不會出現(xiàn)邊界層的分離，只有在壓力升高區(qū)內(nèi)流動（減速流動），才有可能出現(xiàn)分離，形成漩渦。尤其是在主流減速足夠大的情況下，邊界層的分離就一定會發(fā)生。 圖 8－ 14 邊界層分離示意圖 一、邊界層的分離 二、卡 門 渦 街 上圖表示 不同雷諾數(shù)條件下繞圓柱的流動圖譜 討論圓柱繞流問題：隨著雷諾數(shù)的增大邊界層首先出現(xiàn)分離， 分離 點并不斷的前移，當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度時，會形成兩列幾乎穩(wěn)定的、 非對稱性的、交替脫落的、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦，并隨主流向下游運 動，這就是 卡門渦街 ， 如右圖 。 卡門對渦街進行運動分析得出了阻力、渦釋放頻率以及斯特羅哈 數(shù)的經(jīng)驗公式。 卡門渦街會產(chǎn)生共振，危害很大；也可應(yīng)用于流量測量。 第九節(jié) 物體的阻力與減阻 物體繞流時會受到升力和阻力的作用。 物體阻力包括摩擦阻力和壓差阻力。 摩擦阻力與物體表面積大小有關(guān)，壓差阻力與物體的形狀有關(guān)系。 物體的阻力目前都是用實驗測得。 激波阻力 ◆ 物體阻力的減小辦法 ? 減小摩擦阻力 ： 可以使層流邊界層盡可能的長，即層紊流轉(zhuǎn)變點盡可能向后推移，計算合理的最小壓力點的位臵。在航空工業(yè)上采用一種 “ 層流型 ” 的翼型 ，便是將最小壓力點向后移動來減阻，并要求翼型表面的光滑程度。 ? 減小壓差阻力 ： 使用翼型使得后面的 “ 尾渦區(qū) ” 盡可能小。也就是使邊界層的分離點盡可能向后推移 。例如采用流線性物體就可以達到這樣的目的。 ? 工程上習(xí)慣用無因次的 阻力系數(shù) 來代替阻力 (885） DF212DDFCVA? ??DCDC◆ 物體阻力的大小與雷諾數(shù)的關(guān)系 ? 按相似定律可知，對于不同的不可壓縮流體中的幾何相似的物體，如果雷諾數(shù)相同，則它們的阻力系數(shù)也相同 ? 在不可壓縮粘性流體中，對于與來流方向具有相同方位角的幾何相似體，其阻力系數(shù)： ()DeC f R?繞圓柱流動的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系 典型物體的阻力系數(shù) 寬 ?dV??Re? ?AVDC D 221 ?? ?圓 柱 半 管 半 管 方 柱 平 板 橢 柱 橢 柱 ?dV??Re? ?AVDC D 221 ?? ?球 半 球 半 球 方 塊 方 塊 矩 形 板 (長 /寬 =5) 二元物型 104 ～ 105 4 104 4 104 104 104 106 1 105 2 105 三元物型 104 ～ 105 104 ～ 105 104 ～ 105 104 ～ 105 104 ～ 105 103 ～ 105 8:1 2: