粘性流體繞圓柱流動(湍流分離流原理)

由于實(shí)際流體存在粘性，當(dāng)它繞流圓柱體時，在柱體表面要產(chǎn)生附面層及湍流分離現(xiàn)象。當(dāng)粘性流體流近圓柱時，在前駐點(diǎn)附近，附面層來不及發(fā)展，附面層的厚度較保隨著流體沿柱表面進(jìn)一步向兩側(cè)繞流，附面層越來越厚，附面層內(nèi)的流體微團(tuán)被粘滯力所阻滯，損耗動能，逐漸減速，越靠近物體壁面的流體微團(tuán)，受粘性力的阻滯作用就越大，動能的損耗越大，減速也越快。煤粉制備需要一套很嚴(yán)密的煤粉制備系統(tǒng)。在曲面的降壓加速段中，由于流體的部分壓力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動能，流體微團(tuán)雖然受到粘性力的作用，但仍有足夠的動能，繼續(xù)前進(jìn)。但是，在曲面的升壓減速段中，流體的部分動能不僅要轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫菽?，而且粘性力的阻滯作用也要繼續(xù)消耗動能，這就使流體微團(tuán)的動能消耗更大，流速迅速降低，從而使附面層不斷增厚。當(dāng)流到曲面的某一點(diǎn)s時，如果靠近物體壁面的流體微團(tuán)的動能已被消耗盡，這部分流體微團(tuán)便停滯不前，跟著而來的流體微團(tuán)也將同樣停滯下來，以致越來越多的被停滯的流體微團(tuán)在物體壁面和主流之間堆積起來。與此同時，在S點(diǎn)之后，壓力的繼續(xù)升高將使這部分流體微團(tuán)被迫反向逆流，并迅速向外擴(kuò)展。這樣，主流便被擠得離開了物體壁面，在S丁線上流體微團(tuán)的速度等于零，成為主流和逆流之間的間斷面。由于間斷面的不穩(wěn)定性，很小的擾動就會引起間斷面的波動，進(jìn)而發(fā)展并破裂成旋渦，造成附面層的脫離，s點(diǎn)被稱為附面層的分離點(diǎn)。分離時形成的旋渦，不斷地被主流帶走，于是在物體的后面形成尾渦區(qū)。

流體被分離后，在圓柱的后面渦流區(qū)中，發(fā)生一系列令人感興趣的現(xiàn)象，特別是像卡門渦流(渦街)這樣的湍流現(xiàn)象。當(dāng)氣流的雷諾數(shù)很小時(層流，Re≤40)并不發(fā)生流動脫離。而Re>40以后，開始形成旋渦。隨著Re的提高，圓柱體背后的繞流尾跡拉長，特別是柱體的兩側(cè)，存在周期性的、交替的向下游釋放一系列旋渦，而且是整齊的、反對稱的排列，人們稱之為渦列或渦街，或稱卡門渦街。如果流體繞流的只是單根圓管，在Re一200～50000范圍內(nèi)，卡門渦街的脫體頻率^和繞流速度W。成正比，而和圓柱直徑d。

有趣的是，流體(風(fēng))吹電線時也會發(fā)生噓噓發(fā)響的現(xiàn)象。這種音響是由于卡門渦流周期性脫落時引起的流體中的壓力脈動所造成的聲波。這種聲波的頻率也是隨繞流速度提高而提高的。

-END-