[科普中国]-流动分离

概述

流动分离在发动机喷管设计中扮演着重要的角色，对于给定的环境压强，“无流动分离”的条件限制了喷管的面积比，进而限制了喷管的真空特性。

在物体表面处减速了的摩擦层可能形成自由间断面或漩涡。如果外流因流动方向上的压强降落（称为顺压力梯度）而加速，则在摩擦层中的流体质点也会在流动方向上加速，因而在整个边界层中流动都沿物体表面保持其方向。另一方面，假如压强降落是发生在流动相反方向上（称为逆压梯度），则外流被减速，摩擦层中运动较缓慢的流体质点将更进一步减速，如果这一减速足够大，流动就会从壁面分离而出现回流区。

分离点是指壁面上垂直于壁面、速度梯度为零的点，该点壁面剪应力变为零。1

流动分离现象举例图1，最经典的一个流动分离例子是圆柱绕流。

图2，流翼型流动产生的流动分离。

流动分离的影响分离区内压力近似等于分离点处的压力，因而对于飞机的机翼，如果只有上表面发生流动分离，则其上表面总压力将会降低从而升力会增加，在来流方向上机翼的前后压差增大从而压差阻力增大。但随着攻角增大，分离点会逐渐前移，升阻比逐渐增大，在达到最大的时候，分离点处的压力恢复到较高的值，这时机翼上表面处于大范围流动分离状态；再增大攻角，机翼的升力实际上会立刻降低，阻力会进一步增大（主要还是压差阻力），升阻比下降，这时会出现所谓“失速”现象。2