傳遞過程原理講課提綱05第四章邊界層理論

1、傳遞過程原理湘潭大學(xué)化工學(xué)院37第四章邊界層理論問題的提出：以管內(nèi)流動(dòng)為例：流體流經(jīng)管道時(shí)，所產(chǎn)生的阻力來源于二個(gè)方面－即主體阻力及邊界層阻力，對(duì)于邊界層內(nèi)，由于流速小，故慣性力（Re數(shù)）小，而邊界層外（主體中）則流速大，慣性力（Re數(shù)）亦大，那么能否認(rèn)為此時(shí)流動(dòng)阻力主要來源于主體或反之？根據(jù)牛頓粘性定律可知：阻力大小僅取決于流體本身粘度大小，還與流動(dòng)空間的速度梯度有關(guān)。狹義牛頓粘性定律為dydu????廣義牛頓粘性定律為??dyduH

2、??????1邊界層概念1邊界層概念普蘭德Prtl1904年提出：實(shí)際流體流經(jīng)物體表面時(shí)，必然會(huì)在緊靠壁面處，形成一層極薄的流體膜附著于其上，且在壁面上其流速為零處于靜止，且在其上方與流向相垂直的方向上存在很大的速度梯度，此即為邊界層，其厚度取決于Re數(shù)。2邊界層的形成形成原因：粘度形成過程：如圖所示。隨著自由流向前流動(dòng)，速度受影響的區(qū)域逐漸增大。平板前端受影響較小時(shí)的一段區(qū)域稱層流邊界層。平板尾部受影響較大的一段區(qū)域稱為湍流邊界層。處

3、于二者之間為過渡層。應(yīng)當(dāng)注意的是：①即使在湍流邊界層內(nèi)，靠近壁面的位置仍有層流內(nèi)層存在；在層流內(nèi)層稍上方，有過渡緩沖區(qū)；中心部分為湍流主體。②當(dāng)邊界層的厚度不再隨自由流流過的距離（平板或管道長(zhǎng)度）而變化時(shí)，稱為充分發(fā)展的（層流或湍流）流動(dòng)。③層流邊界層與湍流邊界層的分界位置（長(zhǎng)度或距離）與壁面形狀、粗糙度、流cx體性質(zhì)及其流速有關(guān)。即??ccfxRe???0Reuxcxc?圖29xux圖30層流邊界層過渡區(qū)湍流邊界層層流內(nèi)層自由流傳遞過

4、程原理湘潭大學(xué)化工學(xué)院39式中：Re64??3邊界層方程及邊界層厚度分析1二維不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的N—S方程對(duì)于X－Y平面上二維不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)有：，及0????????yxuu0??????zuzuyx02222??????zuzuyx并假定（xy）平面上無體積力（質(zhì)量力），即X=Y=0則可得二維平面穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的N—S方程：①???????????????????????22221yuxuxpyuuxuuxxxyxx???②???

5、????????????????????22221yuxuypyuuxuuyyyyyx???及不可壓縮流體連續(xù)性方程：③0??????yuxuyx2各物理量的數(shù)量級(jí)分析具體對(duì)于平板上的邊界層，分析各量的數(shù)量級(jí)可知：x→1(標(biāo)準(zhǔn)量級(jí)，常量級(jí)，宏觀量級(jí))→1xuy→(小量級(jí)，微分量級(jí))，已由實(shí)驗(yàn)?測(cè)定證明→yu?故：??①?→1及→1xux??xuuxx??②→1及→（本組方程由連續(xù)性方程亦可看出）yuy??yuuyy???③即→1xxux