分離流

分離流（Separation flow）是由於邊界層相對於逆壓力梯度行進足夠遠時，邊界層相對於物體的速度幾乎下降到零產生流動分離的一種現象。

基本介紹

• 中文名：分離流
• 外文名：Separation flow
• 產生原因：邊界層速度為零
• 結果：流動分離
• 形式：漩渦
• 影響因素：負速度梯度

簡介

所有穿過流體的固體物體（或可選擇地暴露於移動流體的靜止物體）獲得圍繞它們的流體邊界層，其中粘性力在靠近固體表面的流體層中發生。邊界層可以是層狀或湍流。可以通過計算局部流動條件的雷諾數來對邊界層是層流還是湍流進行合理評估。

當邊界層相對於逆壓力梯度行進足夠遠時，邊界層相對於物體的速度幾乎下降到零，此時就會發生流動分離，產生分離流，流體流體與物體的表面分離，而採取漩渦的形式。在空氣動力學中，流動分離通常會導致增加的阻力，特別是當物體穿過流體時物體的前表面和後表面之間的壓差引起的壓力阻力。為此進行了大量的努力和研究，已經進入了空氣動力學和流體動力學表面的設計，這些表面延遲了流動分離並保持局部流動儘可能長。這方面的例子包括網球上的毛皮，高爾夫球上的凹坑，滑翔機上的湍流器，引起早期過渡到湍流狀態;輕型飛機上的渦流發生器，用於控制分離模式;以及飛機機翼上的高角度攻擊的前沿延伸，如F / A-18大黃蜂。

邊界層分離是將邊界層從表面分離成更廣泛的尾跡。當邊界層最靠近壁或前緣的部分沿流動方向反轉時，發生邊界層分離。 分離點被定義為前向和後向流動之間的點，其中剪下應力為零。 整個邊界層最初在分離點處突然增厚，然後通過其底部的反向流強制離開表面。

內容

逆壓力梯度：

流動逆轉主要是由外部電位流對邊界層施加的逆壓力梯度造成的。 邊界層內的流動動量方程近似表示為

其中s、y是流式和正常坐標。 當 dp / ds>0時，可以看出，如果逆壓力梯度足夠強，將會導致速度u沿s減小，甚至會變為零。

影響參數

邊界層分離的趨勢主要取決於表面的逆壓或負邊緣速度梯度的分布du/ ds<0 ，這又與伯努利關係的差分形式直接關係到壓力和梯度，這與外部非粘性流動的動量方程相同。

但是，分離所需的一般量級大於紊流，而不是層流，前者能容忍幾乎一個數量級的更大的流量減速。 次要影響是雷諾數。 對於給定的逆壓的du/ds分布，湍流邊界層的分離電阻隨著雷諾數的增加而略有增加。 相比之下，層流邊界層的分離電阻與雷諾數無關，這是有點違反直覺的事實。

內部分離

內部流動可能發生邊界層分離。 這可能是由諸如管道快速膨脹的原因引起的。 由於隨著流量膨脹而遇到的逆壓力梯度，會發生分離，導致分離流動的延伸區域。 將再循環流和通過管道中心區域的流動分離的流動部分稱為分流流線，分割流線再次附著在牆上的點稱為重新附著點。 隨著流量進一步下游，它最終達到平衡狀態，沒有反向流動。

邊界層分離的影響

當邊界層分離時，其位移厚度急劇增加，這改變了外部的電勢流和壓力場。 在翼型的情況下，壓力場改造導致壓力阻力增加，並且如果足夠嚴重也將導致升降和失速的損失，所有這些都是不期望的。 對於內部流量，流量分離會導致流量損失的增加以及壓縮機喘振等失速現象，這兩種都是不良現象。

邊界層分離的另一個影響是脫落旋渦，稱為卡爾曼渦街。 當渦流開始脫離有界的表面時，它們以一定的頻率進行。 然後，渦流的脫落可能導致結構中的振動，它們脫落。 當脫落渦旋的頻率達到結構的共振頻率時，可能導致嚴重的結構故障。