所有穿过流体的固体物体(或可选择地暴露于移动流体的静止物体)获得围绕它们的流体
边界层,其中
粘性力在靠近固体表面的流体层中发生。边界层可以是层状或湍流。可以通过计算局部流动条件的
雷诺数来对边界层是
层流还是
湍流进行合理评估。
当边界层相对于逆压力梯度行进足够远时,边界层相对于物体的速度几乎下降到零,此时就会发生
流动分离,产生分离流,流体流体与物体的表面分离,而采取
漩涡的形式。在空气动力学中,流动分离通常会导致增加的
阻力,特别是当物体穿过流体时物体的前表面和后表面之间的压差引起的压力阻力。为此进行了大量的努力和研究,已经进入了空气动力学和流体动力学表面的设计,这些表面延迟了流动分离并保持局部流动尽可能长。这方面的例子包括网球上的毛皮,
高尔夫球上的凹坑,
滑翔机上的湍流器,引起早期过渡到湍流状态;轻型飞机上的涡流发生器,用于控制分离模式;以及飞机机翼上的高角度攻击的前沿延伸,如F / A-18
大黄蜂。
边界层分离是将边界层从表面分离成更广泛的尾迹。当边界层最靠近壁或前缘的部分沿流动方向反转时,发生边界层分离。 分离点被定义为前向和后向流动之间的点,其中剪切应力为零。 整个边界层最初在分离点处突然增厚,然后通过其底部的反向流强制离开表面。
但是,分离所需的一般量级大于紊流,而不是层流,前者能容忍几乎一个数量级的更大的流量减速。 次要影响是雷诺数。 对于给定的逆压的du/ds分布,湍流边界层的分离电阻随着雷诺数的增加而略有增加。 相比之下,层流边界层的分离电阻与雷诺数无关,这是有点违反直觉的事实。
内部流动可能发生
边界层分离。 这可能是由诸如管道快速膨胀的原因引起的。 由于随着
流量膨胀而遇到的逆压力梯度,会发生分离,导致分离流动的延伸区域。 将再循环流和通过管道中心区域的流动分离的流动部分称为分流流线,分割流线再次附着在墙上的点称为重新附着点。 随着流量进一步下游,它最终达到平衡状态,没有反向流动。
当边界层分离时,其位移厚度急剧增加,这改变了外部的电势流和压力场。 在翼型的情况下,压力场改造导致压力阻力增加,并且如果足够严重也将导致升降和失速的损失,所有这些都是不期望的。 对于内部流量,流量分离会导致流量损失的增加以及压缩机喘振等失速现象,这两种都是不良现象。
边界层分离的另一个影响是脱落旋涡,称为卡尔曼涡街。 当涡流开始脱离有界的表面时,它们以一定的频率进行。 然后,涡流的脱落可能导致结构中的振动,它们脱落。 当脱落涡旋的频率达到结构的共振频率时,可能导致严重的结构故障。