流体力学第9章-拈性不可压流体运动zhou.ppt

流体力学 由此可见，随着压力梯度的变号，边界层速度分布的曲率将改变符号。粘性流体绕过如图的曲线璧面时，速度将经历从加速达到最大然后减速的过程，对应的压强也会从顺压变化为逆压，从而边界层内速度分布的曲率也将随之改变。 可见随着流体质点向下游流动从零压梯度点进入逆压区，拐点从物面上向外边界移动，物面近区的速度分布愈来愈瘦小（璧面速度梯度 du/dy 逐步降低）。当拐点移动到空间某点时物面处出现： c) 脱体现象(边界层流动分离) 对于顺压梯度区，压力沿程减小，速度沿程增加。 在边界层外边界上， 在顺压梯度区，边界层内的速度沿y方向是单调增加的，分布曲线无拐点，是一条向外凸的光滑曲线，流动是稳定的。 在壁面处 c) 脱体现象(边界层流动分离) 随着速度沿程增加，压力沿程减小，在壁面某处速度达到最大，压强达最小，此后流动将逆压而行。在最小压强点有： 说明物面是速度分布的拐点，在边界层的外边界上仍然有： 与顺压区速度分布相比，速度分布开始变尖瘦。 u y y y c) 脱体现象(边界层流动分离) 进入逆压梯度区，压力沿程增加，速度沿程减小。 在边界层的外边界上， 在边界层内 ，速度分布曲率从正变为负，在某点处必然有 这一点是速度分布的拐点。拐点的出现改变了速度分布的形状，在拐点以上为外凸型，在拐点以下为外凹型，存在拐点的速度分布型是不稳定的。 在壁面处 c) 脱体现象(边界层流动分离) 该点称为分离点。 c) 脱体现象(边界层流动分离) 第九章 粘性不可压流体运动 （1）粘性摩擦切应力与物面的粘附条件（无滑移条件）是粘性流体运动有别与理想流体运动的主要标志。 (3)在粘性流体流动中，流动的行为决定于惯性力和粘性力这两种力作用的结果。在粘性力远大于惯性力，惯性力远大于粘性力, 这两种情况下流体微团的运动特征是极然不同的。由此引出了层流、紊流的概念。 第九章 粘性不可压流体运动 （2）粘性的存在是产生阻力的主要原因。边界层的分离必要条件是，流体的粘性和逆压梯度。粘性对于研究阻力、边界层及其分离、旋涡的扩散等问题起主导作用. 9.1 粘性不可压缩流体运动方程组 初始条件 边界条件 静止固壁处满足粘附条件 连续方程 运动方程 运动固壁处 重力项处理 9.1 粘性不可压缩流体运动方程组 9.2 粘性流体运动一般性质 a) 粘性流体运动的有旋性 粘性流体运动的基本性质包括：运动的有旋性,旋涡的扩散性, 能量的耗散性。 不可压缩粘性流体运动方程组为： 无旋时粘性力的作用消失，这与不可压缩理想流体的方程组完全相同，原来的二阶偏微分方程组变成一阶偏微分方程组。但在粘性流体中，固壁面的边界条件是：不穿透条件和不滑移条件， 要求降阶后的方程组同时满足这两个边界条件一般是不可能的。这说明粘性流体流动一般总是有旋的. 9.2 粘性流体运动一般性质 a) 粘性流体运动的有旋性 但也有特例。如果固壁的切向速度正好等于固壁面处理想流体的速度，也就是固壁面与理想流体质点不存在相对滑移，这时不滑移条件自动满足，这样理想流体方程自动满足固壁面边界条件。说明在这种情况下，粘性流体流动可以是无涡的。 9.2 粘性流体运动一般性质 b) 机械能的耗损性 在粘性流体中，流体运动必然要克服粘性应力作功而消耗机械能。粘性流体的变形运动与机械能损失是同时存在的，而且机械能的耗散与变形率的平方成正比，因此粘性流体的机械能损失是不可避免的。 9.2 粘性流体运动一般性质 c) 粘性流体中旋涡的扩散性 粘性流体中，旋涡的大小不仅可以随时间产生、发展、衰减、消失，而且还会扩散，涡量从强度大的地方向强度小的地方扩散，直至旋涡强度均衡为止。 Stokes 第一问题 简化后 9.2 粘性流体运动一般性质 Stokes 第一问题 引入无量纲自变量 涡量 9.2 粘性流体运动一般性质 Stokes 第一问题 当 速度和涡量趋近于零 9.4 层流和湍流 流体质点间互不掺混，流体内部呈现一种层状运动，称层流 质点运动不规则，相互掺混，质点轨迹杂乱无章，称湍流. 流态呈现层流和湍流取决于 雷诺数 9.5 解题的几种途径 (B) 层流运动 （1）准确解： 简单问题，非线性项或者等于零，或是简单的非线性方程组 （2）近似解：略去方程中某些次要项，得出近似方程。 （a）小雷诺数Re，全部或部分地忽略惯性力 （b）大雷诺数Re，理想流体模型+边界层理论。  对于中等雷诺数Re的情况，惯性力和粘性力都必须保留，此时只能通过其它途径简化