边界层

2018-11-30 本文已影响0人唉那个什么

什么是边界层，边界层又是怎么定义的？

首先，边界层的概念由大牛普朗特（Ludwig Prandtl）提出；

其次，边界层是普朗特在研究高雷诺数流动问题（航空航天问题）时提出来的。因此，边界层概念主要是针对高雷诺数运动的概念。

考虑低粘流体在高雷诺数下的近壁面流动特征：在壁面上流体的速度为0，沿垂直壁面方向，随着距离的增大，流体速度逐渐增大，经过很短的一段距离最后增大至与主流同速。该部分流场区域，称之为边界层。

边界层多厚：δ是流动速度等于99%主流速度时的厚度

湍流强度和雷诺应力的最大值位置位于边界层内部，而在主流区和壁面上则趋于0，因此在边界层内是一个先急剧上升后缓慢下降的变化过程。边界层由下而上首先分为两个大区：内区和外区；

内区又主要分为3个不同区域：近壁区、过渡区和对数区。

内区内有着自己独特的流场特性，基本不受外区与边界层外部流动的影响。

所以针对内区，单独定义一个特征速度：摩擦速度 $u_{*}=$ $\sqrt{\frac{\tau _{\omega} }{\rho } }$

边界层内区有了自己的特征速度，那在进行相关研究时，也得有相应的特征平均速度、特征壁面距离和特征壁面粗糙程度等等。这里介绍一下特征壁面距离： $y^+=y*u_* /v$ 。y为流场距离壁面的垂直距离，在流场给定时，y和y+的值相互决定彼此。

再通俗一些：y+就是把y乘以一个系数scale一下的结果，而这个系数又是流场流动决定的。

这里放一个y+的计算网站：https://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/

对边界层内区再分层，就是用的特征壁面距离y+。

特点：壁面附近速度为0，随着距离的增大，流场沿流向的速度呈线性增大。基本没有湍流应力，粘性应力起主导作用；

特点：粘性应力逐渐消失，湍流应力增大，流动逐渐发展至完全湍流，是一个过渡区；

特点：顾名思义，肯定是存在某种对数规律喽！！

具体就是：U+=C1*ln(y+)+C2 ,

即y+的对数*某个参数+某个参数=边界层特征平均速度，

即速度和距离的对数程线型关系。