理论教育 位移厚度与动量损失厚度的优化探究

位移厚度与动量损失厚度的优化探究

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:图10.8位移厚度现在分析式和式的物理意义。式的意义相当于以速度ue流动的不可压缩理想流体流过厚度为δ1的流量,与实际存在边界层时,由于黏性作用使流速降低,流过δ时减小的流量。因此,δ1实质上表示了实际流体由于黏性引起的边界层的绕流,相当于固体壁面向外移动了δ1时的理想流体绕流,使流体的运动向外排挤。故δ1也可称为流量损失厚度。在边界层的常用厚度中,一般令式中,H为形状系数。

位移厚度与动量损失厚度的优化探究

图10.8 位移厚度

现在分析式(10.45)和式(10.46)的物理意义。

(1)位移厚度(排挤厚度)

由式(10.45)表明,对于边界层中高度为δ的截面,理想流体以速度u0的等速流动和边界层的实际流速为ux的流动,流经δ时的流量之差值等于图10.8的阴影面积。

实际上,由于边界层外边界处的流速相差极小,因此,以0~∞的积分限代替0~δ的积分时,两者积分值相差很小,这里用图10.8所示的等值矩形面积元δ1ue代替曲面三角形面积,即得到式(10.45)。

式(10.45)的意义相当于以速度ue流动的不可压缩理想流体流过厚度为δ1的流量,与实际存在边界层时,由于黏性作用使流速降低,流过δ时减小的流量。若想象将物体向外增加δ1厚度,理想流体以速度ue绕流这一增厚度了的物体,则流过厚度(δ-δ1)的流量等于以边界层中流速ux绕流物体时的流量。因此,δ1实质上表示了实际流体由于黏性引起的边界层的绕流,相当于固体壁面向外移动了δ1时的理想流体绕流,使流体的运动向外排挤。故δ1也可称为流量损失厚度。

(2)动量损失厚度

式(10.46)表明了流体中因边界层黏性的影响而减少的物体动量,即也可用理想流体以速度ue流过厚度为δ2截面的流体动量来代替由于边界层的存在而减少的动量。

边界层内实际流体的动量为

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设理想流速未变,为ue,则动量为

边界层内减少的动量为

它相当于一厚度为δ2的流层,当流速为ue时所具有的动量,即

上式即为式(10.46)。

在边界层的常用厚度中,一般令

式中,H为形状系数。

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