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流体分离:基本概念与原理

【摘要】:边界层内的流体发生分离时,本章前面内容导出的边界层计算公式不再适用。此外,实验又发现,物体运动时受到的阻力不仅和物体表面的粗糙度有关,也与分离点的位置有关,飞机在亚声速飞行时,气流产生流体分离的现象会引起飞行升力急速下降,因而产生失速,造成飞机安全事故,甚至导致机毁人亡的事情发生。因此流体分离的现象一直是飞机、船舶与车辆在外形设计时必须考虑的非常重要的课题。

结合第4章与本章前面叙述的内容可知,当流体在物体表面边界层内流动时会因为黏性的作用消耗了动能,在压力沿着流动方向增高的区域中,流体的黏性效应导致流体无法继续沿着物体表面流动,从而产生流体倒(回)流的现象,从而流体离开物体表面,此种现象为流体分离(Flow separation),如图11-9 所示。弯曲壁面的D点即称为分离点(Separation point),而在D点上对应的压力梯度称为临界正压力梯度(Critical positive pressure gradient)。边界层内的流体发生分离时,本章前面内容导出的边界层计算公式不再适用。

图11-9 流体分离

实验证明,流体流动时的正压力梯度和流体的黏性效应是产生流体分离的根本原因,且必须在流体正压力梯度大到一定程度时才有可能发生流体分离的现象,流体流经平板时不大可能有流体分离现象发生,只有在气体流经弯曲壁面时才可能发生流体分离,这是研究流体外部流动必须具备的基本认知。此外,实验又发现,物体运动时受到的阻力不仅和物体表面的粗糙度有关,也与分离点的位置有关,飞机在亚声速飞行时,气流产生流体分离的现象会引起飞行升力急速下降,因而产生失速,造成飞机安全事故,甚至导致机毁人亡的事情发生。因此流体分离的现象一直是飞机、船舶与车辆在外形设计时必须考虑的非常重要的课题。