CFD理论|流动边界层 BB学长 更新于2020年11月23日 浏览:2367 评论:10 收藏:1 技术邻 > CAE仿真 > 有限元与力学 ,流体仿真 导读:介绍流动边界层。 边界层理论 流动中绕物理表面速度梯度很大的薄层称为边界层,边界层内的速度梯度很大,也就是意味着粘性力对流动有影响作用,而在边界层以外的广大区域速度梯度很小,粘性的影响可以忽略。 边界层特征 既然有边界层,那么边界层与外流动区域就应该有界限。通常将各个截面上速度恢复到0.99倍的主流速度的所有流体质点的连线定义为 边界层外边界。 把外边界到物面的垂直距离定义为 名义边界层厚度。 伴随着流动的发展,边界层又可以分为层流边界层,转捩区(过渡区),湍流边界层。在大部分的工程问题中可以忽略转捩的影响,考虑的是湍流边界层。 边界层分层 在湍流边界层中,流体会同时受到粘性切应力和湍流附加切应力。以y表示离开壁面的距离,随着y增加,粘性切应力的影响逐渐较小,而且湍流附加切应力的影响开始增大,而后逐渐减小。 因此湍流边界层又可以 内层和外层。内层包括粘性底层,过渡层和对数律层;外层,包括尾迹律层和粘性外层。定义: 由于 v具有速度的量纲,故称为壁面切应力速度,它是湍流中的一个重要特征速度,可以用于各层的划分。 粘性底层:所在厚度约为 ,粘性切应力起主要作用,湍流附加切应力可以忽略,流动接近层流状态,层内有微小漩涡及湍流猝发起源的现象。 过渡层:所在厚度为 ,粘性切应力和湍流附加切应力为同一数量级,流动状态极其复杂,由于厚度不大,在工程计算中,有时将其并入对数律层的区域中。 对数律层:其内流体受到的湍流附加切应力大于粘性切应力,因而流动处于完全湍流状态。 尾迹律层:所在厚度为 ,层内流动受到的湍流附加切应力远远大于粘性切应力,流动处于完全湍流状态,但与对数律相比,湍流强度已明显减弱; 粘性底层:所在厚度为 ,由于湍流的随机性和不稳定性,外部非湍流流体不断进入边界层内发生掺混,使湍流强度限制减弱,同时边界层内对的湍流流体也不断进入邻近的非湍流区。 微信公众号:CFD控 知乎号:CFD控制
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