邊界層厚度計算方法詳述_第1頁
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文檔簡介

1、邊界層厚度的計算方法詳述與邊界層厚度相關(guān)的概念，包含邊界層厚度，邊界層位移厚度和邊界層動量厚度三個概念。邊界層厚度：嚴格而言，邊界層區(qū)與主流區(qū)之間無明顯界線，通常以速度達到主流區(qū)速度的0.99U作為邊界層的外緣。由邊界層外緣到物面的垂直距離稱為邊界層名義厚度。邊界層位移厚度*：設(shè)想邊界層內(nèi)的流體為無粘性時，以均流速度流過平板的速度分布如圖 1所示。實際流體具有粘性，以相同速度流過平板時，由于壁面無滑移條件，速度從跌落至0。如此形成的邊界層對流動的影響之一是使設(shè)想中的無粘性流體流過該區(qū)域的質(zhì)量流量虧損了（圖 1中陰影區(qū)，平板寬度設(shè)為1）。將虧損量折算成無粘性的流量，厚度為*（圖 1中陰影區(qū)）。圖

2、 1 邊界層位移厚度示意圖其公式推導：對不可壓縮流體其中存在的問題是，很顯然，邊界層內(nèi)的質(zhì)量流量減少了，因為邊界層內(nèi)的沿著壁面切向的速度最大為自由來流的速度，最小為0，而無粘的時候，整個流動的速度都是U。損失的質(zhì)量去哪里了呢？質(zhì)量是不會丟失的，損失的質(zhì)量流動到了邊界層之外了，如圖 2所示。圖 2 排擠厚度在圖 2中，可以明顯看出，由于邊界層的存在，整個流動向邊界層外“排擠”了，把一部分流體質(zhì)量排擠到了邊界層之外。所以，邊界層位移厚度，又稱作排擠厚度，這個叫法比較形象地說明了邊界層位移厚度的物理意義。對于邊界層的動量厚度：邊界層對流動的影響之二是使設(shè)想中的無粘流體流過該區(qū)域的動量流量虧損了，按平

3、板單位寬度計算動量流量虧損量，并將其折算成厚度為無粘性流體的動量流量對不可壓縮流動稱為動量虧損厚度，簡稱動量厚度。現(xiàn)在很多教材中對邊界層的動量厚度的說明比較模糊，沒有強調(diào)出為什么使用上述公式計算。以至于很多人對邊界層的動量厚度有了錯誤的理解。計算邊界層的動量厚度，必須考慮邊界層的排擠厚度，即位移厚度！因為在計算動量厚度的時候，要考慮質(zhì)量守恒的問題。在邊界層內(nèi)，理想流體通過時的動量為：在邊界層內(nèi)，考慮壁面無滑移條件，對于實際粘性流體來說，流體的動量為：要注意，我們并不能拿以上兩項相減來作為邊界層動量的損失，因為有一部分質(zhì)量被“排擠”到了邊界層之外，如果是理想流動，這一部分質(zhì)量在邊界層厚度之內(nèi)呢。所以，計算動量厚度的時候，一定要把排擠厚度之內(nèi)的那些動量也減掉，這樣才遵守了基本的質(zhì)量守

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