1.5邊界層及邊界層理論

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離1.6湍流1.7流速、流量的測(cè)量1.7.1變壓頭流量計(jì)1.7.2變截面流量計(jì)幻燈片6目錄第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程1第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5邊界層及邊界層理論1904年，普蘭特憑他豐富的經(jīng)驗(yàn)和物理直覺，提出了著名的邊界層理論。他在海德貝爾格的數(shù)學(xué)年會(huì)上宣讀了“具有很小摩擦的流體運(yùn)動(dòng)”，證明了繞固體的流動(dòng)可以分為兩個(gè)區(qū)域，一是物體附近很薄的一層(邊界層)，其中摩擦起著主要的作用；二是該層以外的其余區(qū)域，這里摩擦可以忽略不計(jì)。 邊界層理論的重大意義在于，在人們還不可能求解完整的N—S方程以前，解決了阻力問題，使人類的飛行至少提前了半個(gè)世紀(jì)。同時(shí)，它還是奇異攝動(dòng)理論中匹配漸近展開法的雛形。 所以，普蘭特不愧是近代流體力學(xué)的奠基人。浙江大學(xué)本科生課程2第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論浙江大學(xué)本科生課程3第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)二、邊界層的形成和發(fā)展

浙江大學(xué)本科生課程4第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程5第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)三、邊界層分離流線型浙江大學(xué)本科生課程6第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6湍流一、湍流的特點(diǎn)浙江大學(xué)本科生課程7第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)二、湍流產(chǎn)生的原因湍流的產(chǎn)生與渦體的產(chǎn)生密切相關(guān)。設(shè)流體原來直線層流運(yùn)動(dòng)，由于某種原因的干擾，流層發(fā)生波動(dòng)；波峰上面壓力變小，下面壓力變大；同理波谷。于是波動(dòng)進(jìn)一步加大；最終發(fā)展成渦體。渦體形成后，由于其一側(cè)旋轉(zhuǎn)切線速度與流動(dòng)速度一致，故流速較大，壓強(qiáng)較小，而另一側(cè)旋轉(zhuǎn)切線速度與流動(dòng)速度相反，故流速較小，壓強(qiáng)較大。在其兩側(cè)壓差作用下，渦體將由一層轉(zhuǎn)到另一層。浙江大學(xué)本科生課程8第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)三、雷諾方程及湍流應(yīng)力

如果采用速度和壓力的瞬時(shí)值，則連續(xù)性方程和N-S方程對(duì)于湍流仍然成立。但由于湍流運(yùn)動(dòng)的特性尺寸均很小，在求方程的數(shù)值解時(shí)必須將求解區(qū)域劃分成很細(xì)的網(wǎng)格，目前計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和計(jì)算時(shí)間還不能做到。故常將連續(xù)性方程和N-S方程時(shí)均化。由此得到的方程組稱為雷諾方程。連：N-S方程：浙江大學(xué)本科生課程9第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程10第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)時(shí)均化后，產(chǎn)生雷諾應(yīng)力項(xiàng)。如何解決雷諾應(yīng)力與時(shí)均速度的關(guān)系，就出現(xiàn)了許多湍流數(shù)值模型。------雷諾方程浙江大學(xué)本科生課程11第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7流速、流量的測(cè)量1.7.1變壓頭流量計(jì)1、測(cè)速管：又稱皮托（Pitot）管變壓頭流量計(jì)變截面流量計(jì)測(cè)速管孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程12第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)測(cè)umax平均速度流量1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程13第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程14第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)2．孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)浙江大學(xué)本科生課程15第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)測(cè)量原理：浙江大學(xué)本科生課程16第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程17第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程18第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程19第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造和安裝都很方便缺點(diǎn)：機(jī)械能損失（稱之為永久損失）大當(dāng)d0/d1=0.2時(shí)，永久損失約為測(cè)得壓差的90%，常用的d0/d1=0.5情形下，永久損失也有75%。安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d1

1.7.1變壓頭流量計(jì)使用注意事項(xiàng)：浙江大學(xué)本科生課程20第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程21第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)總結(jié)：變壓頭流量計(jì)的特點(diǎn)是文丘里流量計(jì)的缺點(diǎn)：加工比孔板復(fù)雜，因而造價(jià)高，且安裝時(shí)需占去一定管長位置，優(yōu)點(diǎn)：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.7.1變壓頭流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程22第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.2變截面流量計(jì)浙江大學(xué)本科生課程23第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)pA測(cè)量原理：先按理想流體推導(dǎo)，此時(shí)摩擦力為零。浙江大學(xué)本科生課程24第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)考慮到實(shí)際轉(zhuǎn)子不是圓柱狀、流體非理想，將上式加一校正系數(shù)