粘性流體繞圓柱流動(dòng)(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(shí)，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(shí)，在前駐點(diǎn)附近，附面層來(lái)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(lái)越厚，附面層內(nèi)的流體微團(tuán)被粘滯力所阻滯，損耗動(dòng)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(dòng)能的損耗越大，減速也越快。煤粉制備需要一套很?chē)?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(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動(dòng)能，流體微團(tuán)雖然受到粘性力的作用，但仍有足夠的動(dòng)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(dòng)能不僅要轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?shì)能，而且粘性力的阻滯作用也要繼續(xù)消耗動(dòng)能，這就使流體微團(tuán)的動(dòng)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(shí)，如果靠近物體壁面的流體微團(tuán)的動(dòng)能已被消耗盡，這部分流體微團(tuán)便停滯不前，跟著而來(lái)的流體微團(tuán)也將同樣停滯下來(lái)，以致越來(lái)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(lái)。與此同時(shí)，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(kāi)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(dòng)就會(huì)引起間斷面的波動(dòng)，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(shí)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(mén)渦流(渦街)這樣的湍流現(xiàn)象。當(dāng)氣流的雷諾數(shù)很小時(shí)(層流，Re≤40)并不發(fā)生流動(dòng)脫離。而Re>40以后，開(kāi)始形成旋渦。隨著Re的提高，圓柱體背后的繞流尾跡拉長(zhǎng)，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(duì)稱的排列，人們稱之為渦列或渦街，或稱卡門(mén)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(mén)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(shí)也會(huì)發(fā)生噓噓發(fā)響的現(xiàn)象。這種音響是由于卡門(mén)渦流周期性脫落時(shí)引起的流體中的壓力脈動(dòng)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。

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