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第五章 边界层理论(Boundary Layer Theory) 边界层概念 边界层方程 边界层分离 1 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 5.1 边界层概念 在上述层流动量传递的若干实例的分析中， (1)形状简单；(2) 引入了假设：管道无限长、 忽略进口段影响。实际问题要复杂得多。 边界层理论，粘滞力对动量传递影响的一般 理论，是粘性流体力学的基础，也与热量传 递过程和质量传递过程有着密切的关系。 2 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 5.1 边界层概念 Prandtl(1904)提出边界层概念，把统一 的流场，划分成两个区域，边界层和外 流区；其流体流动（沿流动方向和沿与 流动方向垂直的方向）有不同的特点。 边界层：流体速度分布明显受到固体壁 面影响的区域。 Ludwig Prandtl: Father of 边界层的形成： Boundary Layer 壁面处流体的“不滑脱”no-slip U0 流体的“ 内摩擦”作用 边界层厚度δ U ＝00.99 U 0 3 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 4 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 5.1 边界层概念 流过一物体壁面的流体分成两部分 边界层，粘性流体，不能忽略粘滞力 外流区，理想流体，可以忽略粘滞力 5 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 边界层理论的要点 边界层厚度δ的变化 前缘处，δ＝0 x ↑, δ↑；沿壁面的法向将有更多的流体被阻滞 δx 边界层内，δx （距离很小）；00.99 U0 （速度 变化大） 速度梯度很大，剪切力很大 流体速度减慢惯性力层外，惯性力与粘性力数量 级相当 6 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 边界层流动的转变 边界层内流动的转变 层流边界层 过渡区 湍流边界层 转变点：x (临界距离) c xU 0ρ Re 转变判据： μ 5 临界值：5 ×10 ； 特征长度：距前缘的距离； 特征速度：来流速度 7 Transport Phenomena, Xu Jian, 2009 圆管进口段效应 进口段靠近管壁部分（边界层区） 速度减慢，厚度不断增大 进口段长度之后，汇交在管中心处； 进口段的中心部分（无粘性流动区） 速度均匀，区域不断缩小，在边界层汇交时消失