《FLUENT 14流场分析自学手册》——1.3 附面层理论

简介:

本节书摘来自异步社区《FLUENT 14流场分析自学手册》一书中的第1章,第1.3节,作者:张惠 , 康士廷著,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.3 附面层理论

FLUENT 14流场分析自学手册
附面层是流体力学中经常要涉及的一个概念,下面进行简要介绍。

1.3.1 附面层概念及附面层厚度
对于黏性较小的流体绕流物体,黏性的影响仅限于贴近物面的薄层中,在这薄层之外,黏性的影响可以忽略。普朗特把物面上受到黏性影响的这一薄层称为附面层(或边界层),并在大雷诺数下附面层非常薄的前提下,对黏性流体运动方程做了简化,得到了被人们称为普朗特方程的附面层微分方程。

附面层厚度δ的定义:如果以V 0表示外部无黏流速度,则通常把各个截面上速度达到V x=0.99V 0或V x= 0.995 V 0值的所有点的连线定义为附面层外边界,而从外边界到物面的垂直距离定义为附面层厚度。

1.3.2 附面层微分方程
根据附面层概念对黏性流动的基本方程的每一项进行数量级的估计,忽略掉数量级较小的量,这样在保证一定精度的情况下使方程得到简化,得出适用于附面层的基本方程如下。

(1)层流附面层方程:

screenshot

上面是平壁面二维附面层方程,适用于平板及楔形物体。方程式(1-28)求解的边界条件如下。

(a) 在物面上y=0处,满足无滑移条件,V x=0,V y=0;

(b) 在附面层外边界y=δ处,V x= V 0(x)。V 0(x)是附面层外部边界上无黏流的速度,它由无黏流场求解中获得,在计算附面层流动时,为已知的参数。

(2)紊流附面层方程:

screenshot

对于附面层方程,在Re数很高时才有足够的精度,在Re数不能比1大许多的情况下,附面层方程是不适用的。

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