尾流

尾流又稱尾渦。不同顏色的兩層粒子處於臨界流化狀態時，觀察床層內氣泡的上升過程。可發現氣泡底部的低壓區有夾帶粒子向上運動的能力，即在上升氣泡的下部存在著一個以同樣速度，隨著氣泡一起上升的顆粒群，稱為氣泡尾渦。尾流中隨氣泡到達床層表面的顆粒，在氣泡崩破時散落在床層表面，尾渦是床內顆粒激烈運動的主要來源。尾流是航空器在飛行過程中在其尾部形成的氣流。

基本介紹

• 中文名：尾流
• 外文名：wake
• 又稱：尾渦
• 分類：滑流
• 類型：紊流

簡介

尾流是指運動物體後面或物體下游的紊亂旋渦流，又稱尾跡。流體繞物體運動時，物體表面附近形成很薄的邊界層渦旋區。如果物體是象建築物或橋墩那樣的非流線型物體，流動將從物體後部表面分離，並有渦旋斷續地從物體表面脫落。這些薄邊界層或分離流渦旋區將順流而下，在物體後面形成紊亂的，充滿大大小小旋渦的尾流。如果物體是鈍體，尾流能保持很遠距離，並對處於尾流中的其他物體產生影響。

在遠離物體下游處，尾流可用邊界層理論進行分析。以下只限於討論低速湍性尾流。附圖所示為圓柱後面的平面湍性尾流流型。其中虛曲線表示尾流邊界。從圖上可以看出，由於物體的阻滯作用，尾流中速度將“虧損”（即減小）。從速度分布看，尾流象是反過來畫的射流，而且在遠離物體的下游處，尾流的虧損速度（用△ū表示）分布也具有相似性，即△ū/△ū_max≈f(y/b) 式中△ū_{max為最大虧損速度。}b為尾流寬度的一半；y為縱坐標。但是，尾流與射流根本不同。尾流的對流加速度比射流大得多。由邊界層方程推出的尾流方程也不一樣。H. 施利希廷根據混合長和相似性等假設，求出平面湍性尾流的解。其主要結果如下：

①尾流寬度同到物體的距離的平方根成正比；

②虧損速度分布為：

③尾流中心最大速度虧損同上述距離的平方根成反比。當這一距離很大時，尾流速度虧損可以忽略。

對於三維物體後面的尾流可作類似的分析。在高速尾流中應當考慮流體的可壓縮性影響。在高超聲速尾跡中則發生一系列物理化學現象，其分析方法根本不同。

飛機尾流

尾流的分類

①滑流：由於螺旋槳飛機的螺旋槳高速旋轉而產生的尾流。

②紊流：飛機機翼表面由於橫向流動的氣流而產生的尾流。

③噴流：噴氣發動機飛機的發動機產生的高溫、高速尾流。

④翼尖渦流：飛機機翼翼尖處產生的尾流。翼尖渦流是航空器在飛行過程中形成的尾流的主體部分。由於機翼翼尖處有自下而上翻動的氣流，從而以翼尖為中心形成高速旋轉並向後、向下延伸的螺旋形氣流。機翼兩翼尖形成的兩股渦流的選擇方向相反，在兩股渦流內側形成強大的下降氣流，外側形成強大的上升氣流，從而對其後通過的航空器造成影響。翼尖渦流在航空器起飛時抬前輪的那一點開始形成，直至該航空器著陸時前輪接地的那一點消失。

尾流的特性

尾流在飛機後面一個狹長的尾流區里形成極強的湍流。尾渦流場的寬度約為兩個翼展，厚度約為一個翼展。

尾流的強度由產生尾渦的飛機重量、飛行速度和機翼形狀所決定，其中最主要的是飛機的重量。尾渦強度隨飛機重量、載荷因數的增加和飛行速度的減小而增大，曾測得最大的湍流切線速度達67米/秒。

當重型飛機在光潔構型下低速飛行時，將會產生最強的尾流。

尾流是向外和向下擴散運動的。在空中，尾流大約以120－150米/分鐘的速率下降（最大可達240－270米/分鐘），在飛行高度以下約250米處趨於水平，不再下降。當存在側風的時候，尾流將向下風方向移動。當存在頂風時，將在飛機的後方延長尾流區。當存在順風時，尾流將增加向外擴散的速度。

尾流的危害

當後機進入前機的尾流區時，會出現飛機抖動、下沉、改變飛行狀態、發動機停止甚至翻轉等現象。小型飛機尾隨大型飛機起飛或著陸時，若進入前機尾流中，處置不當還會發生事故。

後機應該在不低於前機的飛行高度上飛行，方可免受尾渦的危害。

後機從後方進入前機的一個尾渦中心時，一個機翼遇到上升氣流，另一個機翼遇到下降氣流，飛機會因承受很大的滾轉力矩而急劇滾轉。滾轉速率主要取決於後機翼展的長度，翼展短的小型飛機滾轉速率大。如果滾轉力矩超過飛機的控制能力，飛機就會失控翻轉。

參考文獻

1. 謝象春著：《湍流射流理論與計算》，科學出版社，北京，1975。

2.詞條作者：晏名文《中國大百科全書》74卷（第一版）力學 詞條：流體力學 中國大百科全書出版社 ，1987 ：492頁