山西能源学院教案 5-3边界层型对流传热问题的数学描写 一、边界层的概念 边界层的概念是1914年普朗特提出的。他认为对流换热热阻的大小主要取决于 靠近壁面附近流体的状况，因为粘滞性起作用的区域仅仅局限在靠近壁面的薄层 内。在此薄层以内，ù、t变化最为剧烈。为计算的简化，因此引入了速度边界 层和温度边界层的概念。 1.速度边界层 主流区 1)定义： 流体流过固体壁面时，由于壁面层流 边界层区 体分子的不滑移特性，在流体黏性力的作 用下，近壁流体流速在垂直于壁面的方向上会从壁面处的零速度逐步变化到来流 速度，如图5一10所示。流体流速变化的剧烈程度，即该方向上的速度梯度，与 流体的黏性力和速度的大小密切相关。普朗特通过观察发现，对于低黏度的流体， 如水和空气等，在以较大的流速流过固体壁面时，在壁面上流体速度发生显著变 化的流体层是非常薄的。因而他把在垂直于壁面的方向上流体流速发生显著变化 的流体薄层定义为速度边界层，而把边界层外流体速度变化比较小的流体流场视 为主流区（势流流动区域）。这样，引入边界层的概念之后，流体流过固体壁面的 流场就人为地分成两个不同的区域，其一是边界层流动区，这里流体的黏性力与 流体的惯性力共同作用，引起流体速度发生显著变化：其二是主流区（势流区）， 这里流体黏性力的作用非常微弱，可视为无黏性的理想流体流动，也就是势流流 动。 2)边界层的厚度 我们说边界层是壁面上方流速发生显著变化的薄层，但其边缘所在的位置人 们却是模糊的。在实际分析边界层问题时通常规定，当速度变化达到主流速度的 99%处的空间位置y为速度边界层的外边缘，那么从这一点到壁面的距离就是边 界层的厚度δ 3)引入的意义：山西能源学院教案 5-3 边界层型对流传热问题的数学描写 一、边界层的概念 边界层的概念是 1914 年普朗特提出的。他认为对流换热热阻的大小主要取决于 靠近壁面附近流体的状况,因为粘滞性起作用的区域仅仅局限在靠近壁面的薄层 内。在此薄层以内， u、t 变化最为剧烈。 为计算的简化，因此引入了速度边界 层和温度边界层的概念。 1. 速度边界层 1）定义： 流体流过固体壁面时，由于壁面层流 体分子的不滑移特性，在流体黏性力的作 用下，近壁流体流速在垂直于壁面的方向上会从壁面处的零速度逐步变化到来流 速度，如图 5－10 所示。流体流速变化的剧烈程度，即该方向上的速度梯度，与 流体的黏性力和速度的大小密切相关。普朗特通过观察发现，对于低黏度的流体， 如水和空气等，在以较大的流速流过固体壁面时，在壁面上流体速度发生显著变 化的流体层是非常薄的。因而他把在垂直于壁面的方向上流体流速发生显著变化 的流体薄层定义为速度边界层，而把边界层外流体速度变化比较小的流体流场视 为主流区(势流流动区域)。这样，引入边界层的概念之后，流体流过固体壁面的 流场就人为地分成两个不同的区域，其一是边界层流动区，这里流体的黏性力与 流体的惯性力共同作用，引起流体速度发生显著变化；其二是主流区(势流区)， 这里流体黏性力的作用非常微弱，可视为无黏性的理想流体流动，也就是势流流 动。 2）边界层的厚度 我们说边界层是壁面上方流速发生显著变化的薄层，但其边缘所在的位置人 们却是模糊的。在实际分析边界层问题时通常规定，当速度变化达到主流速度的 99%处的空间位置 y 为速度边界层的外边缘，那么从这一点到壁面的距离就是边 界层的厚度 。 3）引入的意义：