边界层分离时为何有漩涡产生

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边界层分离时产生漩涡的原因主要是边界层受到逆压梯度的影响，使得边界层相对物体的速度逐渐下降，甚至接近0。当边界层外流压力沿流动方向增加得足够快时，与流动方向相反的压差作用力和壁面粘性阻力共同作用，导致边界层内流体的动量减少。在物体表面的某一位置，这种减少达到一定程度时，边界层便不再紧贴物体表面流动，而是脱离物面，形成分离。边界层分离后，流体的流动不再受到物体表面的约束，而是在物面附近形成回流区或漩涡。这种漩涡的产生是由于分离后的流体试图重新附着到物体表面，但由于流动的不稳定性，形成了旋转的流动结构。这些漩涡会导致很大的能量耗散，并对物体的气动性能产生显著影响。绕流过圆柱、圆球等钝头物体后的流动，以及角度大的锥形扩散管内的流动，都是边界层分离的典型例子。在这些情况下，由于物面压力发生大的变化，物体前后压力明显不平衡，一般存在着比粘性摩擦阻力大得多的压差阻力。当层流边界层在到达分离点前已转变为湍流时，由于湍流的强烈混合效应，分离点会后移。虽然这会增加摩擦阻力，但压差阻力会大为降低，从而减少能量损失。总之，边界层分离时产生漩涡的原因与逆压梯度、流体动量减少以及流动不稳定性等因素有关。这些漩涡不仅影响流体的流动特性，还对物体的气动性能和能量损失产生重要影响。

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当流体绕流一个无限长的圆柱体时， 将发生边界层分离， 并在柱后形成旋涡， 增大机械能量的损失。在了解卡门涡街前，我们需要先科普一下流体力学中的一个概念：流体雷诺数，流体雷诺数是流体在运动过程中其惯性力与粘滞力的比值，流体雷诺数Re=ρvd/μ，如果流体雷诺数很小，那就表示流体在运动时其粘滞力要大于惯性力，流体将趋于稳定流动，如果流体雷诺数很大，那就表示运动的流体其惯性力要大于粘滞力，流体运动不稳定，容易出现紊乱的紊流流场。