边界层分离介绍
边界层分离
如前所述，当不可压缩黏性流体纵向流过平板时，在边界层 外边界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边界层内 的压强都保持不变。当黏性流体流经曲面物体时，边界层外边界 上沿曲面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也将同 样发生变化，对边界层内的流动将产生影响。曲面边界层的计算
外部流动
尾迹 外部流动 边界层
外部流动
尾迹
外部流动 边界层 （a）流线形物体；（b）非流线形物体 图5-4 曲面边界层分离现象示意图
一、边界层的分离
1、从D到E流动加速，为顺压梯度区；
流体压能向动能转变，不发生边界层分离 2、从E到F流动减速, 为逆压梯度区； E到F段动能只存在损耗，速度减小很快 3、在S点处出现粘滞 ，由于压力的升高产生
fd Sr V
（5-12）
根据罗斯柯（A．Roshko）1954年的实验结果，当 Re大于1000 时，斯特劳哈数 Sr 近似地等于常数，即Sr =0.21。 根据卡门涡街的上述性质，可以制成卡门涡街流量计
测定卡门涡街脱落频率的方法有热敏电阻丝法、超音波束法等
3.分离的条件 — 逆压梯度 4.分离的实际发生 — 微团滞止和倒流
2.分离实例
从静止开始边界层发展情况
扩张管
（上壁有抽吸）
2.分离实例
2.分离实例
二、卡 门 涡 街
圆柱绕流问题：随着雷诺数的增大边界层首先出现分离，分 离点并不断的前移，当雷诺数大到一定程度时，会形成两列几乎 稳定的、非对称性的、交替脱落的、旋转方向相反的旋涡，并随 主流向下游运动，这就是卡门涡街 卡门对涡街进行运动分析得出了阻力、涡释放频率以及斯特 罗哈数的经验公式
边界层流动特性分析
1.边界层方程是描述边界层内流体运动规律的基本方程，主要包括Navier-Stokes 方程和连续方程。 2.边界层方程的求解通常需要采用数值模拟或者近似解析方法，如普适函数法和相 似理论法。 3.边界层方程的研究对于揭示边界层流动的内在机制和预测流动行为具有关键作用 。
边界层概念与定义
▪ 边界层厚度测量方法
1.热膜风速计法：通过测量热膜上的热量传递来推算流体的速 度分布，从而得到边界层的厚度。 2.皮托管法：利用皮托管测量总压和静压差，计算出平均速度 ，再根据速度分布推导出边界层厚度。 3.激光多普勒测速技术（LDV）：通过发射激光束并接收反射 光的多普勒频移信号，精确测量流场速度，进而确定边界层厚 度。
边界层分离
1.边界层分离是指当流体流过曲率半径较小的固体表面时，边 界层内的流体由于离心力的作用而从固体表面分离的现象。 2.边界层分离会导致流体在分离点后方形成涡旋，从而增加流 体与固体表面的摩擦阻力并影响流体的整体流动性能。 3.边界层分离的研究对于理解和控制流体流动中的能量损失、 噪声辐射以及流体机械的性能具有重要的实际意义。
边界层的分类
1.根据流体运动的特征，边界层可以分为层流边界层和湍流边 界层。层流边界层是指流体流动呈现有序、稳定的流动状态， 而湍流边界层则表现为无序、随机的流动状态。 2.根据流体与固体表面的相对运动关系，边界层还可以分为静 止边界层和动边界层。静止边界层是指固体表面静止不动时形 成的边界层，而动边界层则是指固体表面运动时形成的边界层 。 3.根据流体与固体表面的接触方式，边界层可以进一步细分为 光滑表面边界层和粗糙表面边界层。
边界层控制技术
1.边界层控制技术是通过改变边界层的流动特性来提高流体机 械效率、降低能耗和减少环境污染的一类技术。 2.常见的边界层控制技术包括流动诱导分离控制、湍流减阻技 术和热边界层控制等。 3.边界层控制技术在航空航天、能源、交通等领域具有广泛的 应用前景，对于推动相关行业的技术进步和可持续发展具有重 要作用。
04第四章 边界层理论基础
d ρ ∫ (ux − u0 )ux dy = τ s dx 0
δ
（5—14） ） ——卡门边界层积分动量方程 卡门边界层积分动量方程
适用于层流、湍流，精度取决于 适用于层流、湍流，精度取决于ux=f(x,y) 可预先假定一个速度分布方程，如： x = a + by + cy 2 可预先假定一个速度分布方程， u 代入，求得近似解。 代入，求得近似解。
δ
0
δ
第三节 边界层积分动量方程
一、边界层积分动量方程的推导
方向流动： 只考虑 x 方向流动： d dp ρ ∫ ( u x − u0 )u x d y = τ s + l d x dx 0
作数量级分析时，有 ∂p ＝0 即边 作数量级分析时， 界层压力p在 方向近似不变 方向近似不变， 界层压力 在y方向近似不变，等于边界 层外面流体的压力，边界层外按理想流 层外面流体的压力， 体处理。 体处理。
∂ 2uy ∂ 2uy 1 ∂p ux + uy =− +v + 2 2 ∂x ∂y ∂y ρ ∂y ∂x
经化简后， 经化简后，得：
(4- 5a)
∂uy
∂uy
(4 - 5b)
1 ∂p ∂ 2ux ∂ux ∂ux ux + uy =− +v 2 ρ ∂x ∂x ∂y ∂y ∂ux ∂uy + =0 ∂x ∂y
d δ dux (4 - 21) ρ ∫ ux (u0 − ux )dy = µ y =0 0 dx dy 次方为例： 以3次方为例： ux = a + by + cy2 + dy3 次方为例 B.C. y = 0, ux = 0 3 2 d ux ux 3 y 1 y y = 0, =0 ⇒ = ⋅ − ⋅ (4 - 22) 2 dy u0 2 δ 2 δ
武汉理工大学工程流体力学(4-5)
cD A
阻力系数 迎流面积（与来流垂直）
2、影响FD的因素：
1）与粘性有关。µ τ ，摩阻增大。 2）与物体形状有关，与物体的方位有关。
在相同条件下，迎流面积越大，尾部漩 涡区越大，前后压差越大，压阻增大。
与物体所放的方位有关，同是流线形的 机翼，有攻角和无攻角的涡区不同。
3）与物体的粗糙度有关。
上为湍流边界层，边界层在背流 面分离，故压差阻力系数下降。 但是当雷诺数逐渐增加时， 转捩更加提前，湍流边界层区域 增大，层流边界层区域减少，因 而摩擦阻力系数上升。再加上尾 流区中压力进一步下降，故压差 阻力系数上升。
边界层分离又称为边界层的脱体， 分离点又称为脱体点。流线型物体在 非正常情况下也能产生分离。
在某些特殊情况下，分离了的边 界层有可能再次附着在物面上，从而 在物面附近形成封闭的回流区，
三、分离流动的特点
对平板边界层有
∂p ∂p = 0, =0 ∂x ∂y
且在边界层
外边界上各点的速度为常数。当流体绕流 曲面时，由于 固壁曲面使过流截面发生 变化，因而边界层外边界上的速度 U ≠ c 则各点的压力 p 也不相等，即 这对流动有很大影响。 讨论流体绕流曲面时压力和速度的变化:
壁面分开，这种现象称为边界层分离。 A点称为分离点。发生分离后，主流和 回流碰撞产生漩涡，在物体后部形成尾 涡区，漩涡的运动要消耗能量，使得物 体后部的压力不能恢复到物体前部的压 力，使得物体前后形成压力差，产生阻 力。这种阻力称压差阻力。 在分离点及其上下游作速度剖面图，可 以发现，在分离点A上满足
当两种状态都存在，称混合边界层。如图
V∞
层流边界层
0
V∞
混合边界层
0
xc
边界层理论及边界层分离现象
边界层理论及边界层分离现象一．边界层理论1.问题的提出在流体力学中，雷诺数Re∝惯性力/粘性力，当Re<1时，惯性力<<粘性力，可以略去惯性力项，用N-S方程解决一些实际问题（如沉降、润滑、渗流等），并可以获得比较满意的结果。
但对于工程流动问题，绝大多数的Re很大。
这时就不可以完全略去粘性力，略去粘性力的结果与实际情况相差很大。
突出的一例即“达朗倍尔佯谬——在流体中作等速运动的物体不受阻力。
”究竟应当怎样才能正确地处理大Re数的流动呢？这个矛盾一直到1904年，德国流体力学家普朗特提出了著名的边界层理论，即大Re数的流动中，大部分区域的惯性力>>粘性力，但在紧靠固壁的极薄流层中，惯性力≈粘性力，这才令人满意地解决了大Re数的流动的阻力问题。
2.边界层的划分Ⅰ流动边界层（速度边界层）以平板流动为例，x方向一维稳态流动，在垂直壁面的y方向上，流动可划分为性质不同的两个区域：（1）y<δ（边界层）：受壁面影响，法向速度变化急剧，du/dy很大，粘性力大（与惯性同阶），不能忽略。
（2）y>δ(层外主流层)：壁面影响很弱，法向速度基本不变，du/dy≈0。
所以可忽略粘性力（即忽略法向动量传递）。
可按理想流体处理，Euler方程适用。
这两个区域在边界层的外缘衔接起来，由于层内的流动趋近于外流是渐进的，不是突变的，因此，通常约定：在流动边界层的外缘处（即y＝δ处），ux＝0.99u∞，δ为流动边界层厚度，且δ＝δ(x)。
Ⅱ传热边界层（温度边界层)当流体流经与其温度不相等的固体壁面时，在壁面上形成流动边界层，同时，还会由于传热而形成温度分布，可分成两个区域：（1）y<δt（传热边界层）：受壁面影响，法向温度梯度dt/dy很大，不可忽略，即不能忽略法向热传导。
（2) y>δt（层外区域）：法向温度梯度dt/dy≈0，可忽略法向热传导。
通常约定：在传热边界层的外缘处（即y＝δt处），ts－t＝0.99(ts－t0) ≈ ts－t0，δt 为温度边界层厚度，且δt＝f(x)；ts为壁面温度；t0为热边界层外（主流体）区域的温度。
边界层分离介绍
探究边界层的分离现象强（交通大学化工学院化工21, 710019）摘要：边界层分离理论化工流体输送和流体力学的研究应用方面具有非常重要的作用。
对边界层，边界层分离现象，边界层分喜的机理，条件，以及如何控制边界层的分离进行一系列的介绍。
最后通过若干实例介绍了人类如果对边界层分离的一些控制方法。
关镀词：边界层；分吏点；边界层分离；机理：条件：边界层分离的控制：应用0引言当流体流经曲面物体，或者在化工输送过程中流体流经管件，阀门，管路突然扩大和缩小以及管路进出口等局部地方，都会出现边界层的分离现象。
目前对于因边界层分离的有关计算主要是依靠经验方法，理论知识比较匮乏。
1边界层分离的机理1・1边界层的概念边界层学说是Ludwig Prandtl于1904 年提出的，其理论要点为：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面的一层流体由于粘性的作用将粘附在壁面上而不"滑脱”，即在壁面上的流速为零；而由于流动的Re数很大，流体的流速将由壁面处的零值沿着与流动相垂直的方向迅速增大，并在很短的时间趋于一定值。
换言之，在壁面附近区域存在着一薄的流体层。
在该层流体中与流体相垂直的方向上的速度梯度很大。
这样的一层流体称为边界层。
⑴在边界层，流体的速度从固壁处的零（无滑移）逐渐增加到相应的无摩擦外流原有的值。
⑵现以一黏性流体沿平板壁面的流动说明边界层的形成过程。
如下图1所示，一流体以均匀的来流速度5流近壁面，当他流到平板前缘时，紧贴壁面的流体将停滞不动，流速为零，从而在垂直流动的方向上建立起一个速度梯度。
与此速度梯度相应的剪应力将促使靠近壁面的一层流体的流速减慢，开始形成边界层。
由于剪应力对其外的流体持续作用，促使更多的流层速度减慢，从而使边界层的厚度增加，靠近壁面的流体的流速分布如图1所示。
由图可以看出，速度梯度大的薄层流体即构成了边界层。
随着流体沿平板的向前运动，边界层在壁面上逐渐加厚在平板前部的一段距离，边界层厚度较小，流体维持层流流动，相应的边界称为层流边界层。
流体力学第六章边界层理论(附面层理论)
通过减小边界层的阻力，降低流体机械的能耗，提高运行效率。
流动分离控制
控制边界层的流动分离，防止流体机械中的流动失稳和振动，提 高设备稳定性。
流体动力学中的边界层效应
流动特性的影响
边界层内的流动特性对整体流动行为产生重要影响，如湍流、分离 流等。
流动阻力
边界层内的流动阻力决定了流体动力学的性能，如流体阻力、升力 等。
在推导过程中，需要考虑流体与固体表面之间的相互作用力，如粘性力和压力梯 度等，以及流体内部的动量传递和能量传递过程。
边界层方程的求解方法
边界层方程是一个复杂的偏微分方程，求解难度较大。常用的求解方法包括分离变量法、积分变换法、有限差分法和有限元 法等。
分离变量法是将多维问题简化为多个一维问题，通过求解一维问题得到原问题的解。积分变换法是通过积分变换将偏微分方 程转化为常微分方程，从而简化求解过程。有限差分法和有限元法则是将偏微分方程离散化，通过求解离散化的方程组得到 原问题的近似解。
边界层内的流动可以从层流转变为湍流，或从湍 流转为层流。
边界层内的流动状态
层流边界层
流速在物体表面附近呈现平滑变化的流动状态。
湍流边界层
流速在物体表面附近呈现不规则变化的流动状态。
混合流动状态
边界层内的流动状态可以是层流和湍流的混合状态。
03
边界层方程与求解方法
边界层方程的推导
边界层方程是流体力学中的重要方程，用于描述流体在固体表面附近的流动行为 。其推导基于Navier-Stokes方程，通过引入边界层假设，即认为在靠近固体表 面的薄层内，流体的速度梯度变化剧烈，而远离固体表面的流体则可以视为均匀 流动。
展望
随着科技的不断进步和研究的深入，边界层理论在未来 有望取得以下突破。首先，随着计算能力的提升，更加 精确和可靠的数值模拟方法将得到发展，这有助于更好 地理解和预测复杂流动现象。其次，随着实验技术的进 步，将能够获得更高精度的实验数据，为理论模型的发 展提供有力支持。最后，随着多学科交叉研究的深入， 将能够从不同角度全面揭示流体流动的内在机制，推动 流体力学理论的进一步发展。
工程流体力学5.3曲面边界层分离现象 卡门涡街
一、曲面边界层的分离现象
在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非流 线型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现下 列现象：物面上的边界层在某个位置开始脱离物面， 并 在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称这 种现象为边界层分离现象，如图5-4所示。流线型物体在 非正常情况下也能发生边界层分离，如图5-4(a)所示。
圆柱体的卡门涡街的脱落频率 f 与流体流动的速度V 和圆柱体
直径 d 有关，由泰勒(F·Taylor)和瑞利(L·Rayleigh)提出下列经验ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
公式
f
V 0.198
1 19.7
（5-11）
d Re
式（5-11）适用于 250 Re 2105 范围内的流动，式中无量纲数 称为斯特劳哈(V．Strouhal)数 Sr，即
外部流动
外部流动
边界层
尾迹
外部流动
尾迹
边界层
外部流动
（a）流线形物体；（b）非流线形物体 图5-4 曲面边界层分离现象示意图
一、边界层的分离
1、从D到E流动加速，为顺压梯度区； 流体压能向动能转变，不发生边界层分离 2、从E到F流动减速, 为逆压梯度区； E到F段动能只存在损耗，速度减小很快 3、在S点处出现粘滞 ， 由于压力的升高产生回流 导致边界层分离，并形成尾涡。
第三节 曲面边界层分离现象卡门涡街
如前所述，当不可压缩黏性流体纵向流过平板时，在边界层 外边界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边界层内 的压强都保持不变。当黏性流体流经曲面物体时，边界层外边界 上沿曲面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也将同 样发生变化，对边界层内的流动将产生影响。曲面边界层的计算 是很复杂的，这里不准备讨论它。这一节将着重说明曲面边界层 的分离现象。
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探究边界层的分离现象李强（西安交通大学化工学院化工21，陕西西安710049）摘要：边界层分离理论化工流体输送和流体力学的研究应用方面具有非常重要的作用。
对边界层，边界层分离现象，边界层分离的机理，条件，以及如何控制边界层的分离进行一系列的介绍。
最后通过若干实例介绍了人类如果对边界层分离的一些控制方法。
关键词：边界层；分离点；边界层分离；机理；条件；边界层分离的控制；应用0 引言当流体流经曲面物体，或者在化工输送过程中流体流经管件，阀门，管路突然扩大和缩小以及管路进出口等局部地方，都会出现边界层的分离现象。
目前对于因边界层分离的有关计算主要是依靠经验方法，理论知识比较匮乏。
1边界层分离的机理1.1边界层的概念边界层学说是Ludwig Prandtl于1904年提出的，其理论要点为：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面的一层流体由于粘性的作用将粘附在壁面上而不“滑脱”，即在壁面上的流速为零；而由于流动的Re数很大，流体的流速将由壁面处的零值沿着与流动相垂直的方向迅速增大，并在很短的时间内趋于一定值。
换言之,在壁面附近区域存在着一薄的流体层。
在该层流体中与流体相垂直的方向上的速度梯度很大。
这样的一层流体称为边界层。
【1】在边界层内，流体的速度从固壁处的零（无滑移）逐渐增加到相应的无摩擦外流原有的值。
【2】现以一黏性流体沿平板壁面的流动说明边界层的形成过程。
如下图1所示，一流体以均匀的来流速度u0流近壁面，当他流到平板前缘时，紧贴壁面的流体将停滞不动，流速为零，从而在垂直流动的方向上建立起一个速度梯度。
与此速度梯度相应的剪应力将促使靠近壁面的一层流体的流速减慢，开始形成边界层。
由于剪应力对其外的流体持续作用，促使更多的流层速度减慢，从而使边界层的厚度增加，靠近壁面的流体的流速分布如图1所示。
由图可以看出，速度梯度大的薄层流体即构成了边界层。
随着流体沿平板的向前运动，边界层在壁面上逐渐加厚。
在平板前部的一段距离内，边界层厚度较小，流体维持层流流动，相应的边界称为层流边界层。
流体沿壁面的流动经过这段距离后，边界层中的流动形态由层流经一过渡区逐渐转变为湍流，此时的边界层称为湍流边界层。
在湍流边界层中，壁面附近仍存在在一个极薄的流体曾，维持层流流动，这一薄层流体称为层流内层。
在与壁面相垂直的方向上，在层流内层与湍流边界层之间，流体的流动既非层流又非完全湍流，称为缓冲层。
【3】图1 平板壁面边界层的形成1.2边界层分离及其机理首先分析理想流体绕过无限长圆柱体流动情况如图2所示。
理想流体无黏性，当它流过圆柱体时，在柱体表面处滑脱。
根据伯努利方程，在流场的任一点处，流速愈小，流体压力愈大。
如当流体到达如图2所示A 点即停滞点或者驻点时，流速为零，流体压力P最大。
由于流体是不可压缩的，后继的流体质点在A点处流体高压力的作用下，只好将其部分压力能转变为动能，并被迫改变原来的运动方向，绕过圆柱体继续向下游流去。
【4】图2 理想流体沿长圆柱体的绕流流动在没有压力梯度的情况下，边界层内任何一点x（x足够大）的速度比uu∞都可以表示为√νxu∞的函数。
如果外缘的压力不是均匀的，那么这种速度相似性就被破坏。
当流体绕过柱体时，表面压力从驻点的极大值随x的增加而下降，在到达一最低点后，又慢慢回升。
同时在物体表面上，u=ν=0.动量方程就简化ν(ð2uðy2)=dpdx。
因此，在加速区域dpdx<0，速度分布的曲率就为负；相反，在减速区域dpdx>0，就为正。
由于在外缘那里的动量都是正的，在加速区域速度分布的曲率总是负的，但是在减速区域内，若dpdx足够大，在表面附近的速度分布的曲率就有可能大到一定程度以致引起局部的倒流现象。
早最低压力点dpdx =0，(ð2uðy2)=0；速度分布在表面上开始出现拐点。
再往下游移动时，拐点就逐渐向y的方向推进，表面附近的曲率也逐渐增加。
在曲率不断增加过程中，定能找到一点(ðuðy )=0，dpdx>0，过了这一点(ðu ðy )<0，倒流就开始出现了，这一点称为分离点。
从物理观点来说，这种现象的出现是可以说明的。
我们知道在减速区域内，流体的动能不断的消耗，而且还要在压力的反作用下向下游游动。
一般来说，在减速区域，压力梯度在下游方向不断增加；在动能消耗到一定程度，表面的一层流体就不能再克服压力的作用继续流动。
这就像在重力作用下的摆锤一样，在到达下一个高度后，他的瞬时速度就等于零。
当那一层薄薄的流体一单停止向前运动，由于连续相的要求，下游的流体必须倒流过来，就像一个楔子一样的把边界层与固体分开。
这便形成了边界层分离现象。
【5】图3 分离点附近流线示意图虚线表示边界层缘2边界层分离的条件产生边界层分离的必要条件有两个：一是物面附近的流动区域中存在逆压梯度；二是流体的黏性。
二者缺一不可。
如果仅有流体的粘性而无逆压梯度，则流体不会倒流回来，例如流体沿平壁面上的流动即属于此；反之，如果仅存在逆压梯度而无黏性力作用，也不会产生边界层分离，如在本文中描述过的理想流体绕过柱体的流动，在柱体表面处滑脱而不产生边界层分离现象。
【6】3边界层分离的影响边界层分离现象普遍发生在生活中，在很多流体机械上和翼型物体上都会产生。
例如对于固液两相离心泵，根据固液两相流离心泵的边界层理论，以固液两相流体为对象，通过实际案例从理论上分析和阐述了边界层分离对固液两相流离心泵振动的影响，并作了对比试验。
理论分析和实验的结果说明：边界层分离将引起压差阻力。
边界层分离的程度越大，引起的压差阻力也就越大。
实验验证了过大的压差阻力将使测试泵的性能急剧下降，振动剧烈。
这表明压差阻力对振动的扰动强弱取决于边界层分离的程度。
同时，系统相关参数的波动是不可避免的，能够控制的是边界层分离程度，用其减弱压差阻力的波动强度，降低水力振动。
【7】4如何更好的控制边界层分离边界层分离的控制分主动和被动2种，分别采用主动控制方法（涡流）和被动控制方法（球窝）。
【8】4.1微型涡流发生器控制超临界翼型边界层分离实验研究在低速风洞中研究了微型涡流发生器对超临界翼型边界层分离的控制。
根据超临界翼型边界层分离特性,提出了涡流发生器的流动机理。
研究了梯形涡流发生器不同高度和弦向位置对边界层分离控制效果的影响。
研究表明,微型涡流发生器对超临界翼型边界层分离的控制主要起减阻作用;适宜采用微型涡流发生器对超临界翼型边界层分离进行控制,其最佳位置应在分离线前2～5H涡流发生器高度之间。
采用实验方法,研究了微型涡流发生器控制超临界翼型边界层分离的机理及其几何参数等因素的影响,在超临界翼型边界层分离控制方面进行了有益的探索。
图4给出边界层分离位置随迎角变化α≥8°,边界层出现分离;α≤12°,分离位置缓慢前移,在0.87c～0.81c范围内;α>12°时,分离区迅速发展到全翼面,可见,该超临界翼型的边界层具有在失速前分离弱,分离区发展缓慢;失速时,流态变化剧烈的特点。
图4 翼型边界层分离位置随迎角变化根据湍流边界层速度特性(图5),边界层厚度012δ以下,是粘性作用的主要区域,速度从零增长到外流速度的70%以上,在粘性和逆压梯度双重作用下,导致边界层在该区域发生分离,可见,只要该区域的流动速度得到提高,边界层抵抗分离的能力就会增强,边界层就不易分离,因此,涡流发生器控制边界层分离的流动机理应是,涡流发生器产生的涡流应尽可能注入到边界层厚度0.2δ以下、靠近物面的边界层底部。
图5 湍流边界层速度剖面图6～7给出H=0.1δ和0.8δ的涡流发生器对翼型气动力的影响(图中:CW表示干净翼型;011δ0186c表示安装位置在弦长86%处的0.1δ的涡流发生器;0.8δ0.75c表示安装位置在弦长75%处的0.8δ的涡流发生器)。
结果表明,安装位置在0.86c处011δ的微型涡流发生器比0.75c处0.8δ的大尺寸涡流发生器减阻效果好。
小迎角(α≤6°)时,0.8δ的涡流发生器起增阻作用,只有在6°<α<12°时,018δ的涡流发生器起减阻作用,这和传统涡流发生器在其它翼型上使用所得结论一致;0.8δ的涡流发生器在所有实验迎角范围升力都是减小的,这与传统涡流发生器在其它翼型上使用时,大迎角增升的结论相反[1];而高度H=0.1δ的微型涡流发生器,虽然增升效果不明显,约小于2%,但在0°≤α≤12°迎角范围内,减阻效果十分明显,最大减阻可达20%以上。
上述涡流发生器对超临界翼型边界层分离的控制作用与该翼型的边界层弱分离特性有关。
图8为H=0.1δ的梯形涡流发生器在不同弦向位置时阻力增量变化曲线(图中:ΔCDΠCDCW表示加涡流发生器后的翼型相对没加涡流发生器的翼型阻力增量),由图可见,4°≤α≤12°,微型涡流发生器在不同弦向位置均有减阻作用,最佳减阻位置相对于不同迎角(α≥8°)在其分离线前2H～5H涡流发生器高度之间,也就是说,涡流发生器应尽可能靠近分离区。
就流动机理而言,由于微型涡流发生器产生的旋涡较弱,粘性对旋涡耗散的影响相对较强,位置越前,远离分离区,旋涡在抵达分离区前,已耗散减弱,对分离区的控制也随之减弱,因此,只有靠近分离区,才可以对靠近物面的边界层底部(0.2δ边界层厚度以下)流动产生有效影响,起到增加边界层底部流动速度、延缓边界层分离的作用。
【9】图6 H=0.1δ,0.8δ涡流发生器阻力特性图7 H=0.1δ,0.8δ涡流发生器升力特性图8 弦向位置对减阻效果影响（H=0.1δ）4.2采用球窝控制边界层分离流动的大涡模拟用具有逆压梯度的平板分离流动模拟低压透平叶片吸力面的分离流动，采用基于动力Sma-gorins亚格子应力模型的大涡模拟对逆压梯度条件下布置在平板上单个球窝的流动特性及球窝对边界层分离流动控制的效果进行了研究，详细考察了球窝前沿边界层厚度和球窝深度的比值Ｒ分别为0.378，0.994和1.453时球窝的流动特性和控制性能．结果表明：Ｒ较小时控制性能最好；球窝内部的马蹄涡对球窝的流动起主导作用；球窝内的马蹄涡周期性脱落并在球窝尾迹区形成发夹涡排，发夹涡涡腿紧贴壁面形成流向涡，流向涡卷吸主流高能流体，由此增强了边界层能量．马蹄涡和发夹涡排对分离流动控制起主要作用．【10】5结论5.1边界层分离现象是指当一个粘性流体流过曲面物体例如圆柱体时，在物体表面附近形成边界层。
但在某些情况下如物体表面曲率较大时，常常会出现边界层与固体壁面想脱离的现象。
5.2产生边界层分离的必要条件有两个：一是物面附近的流动区域中存在逆压梯度；二是流体的黏性。