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逆壓梯度

有關(guān)邊界層內(nèi)的速度分布，由左至右分別是沿著流線上游、中游及下游的速度分布，第3張圖下方的速度已為負(fù)值，表示已出現(xiàn)邊界層分離的情形

反向流動(dòng)主要是由于邊界層外的位流對(duì)邊界層施加的逆壓梯度所造成。邊界層內(nèi)沿著流線的動(dòng)量方程式可以用下式來(lái)近似

其中s,y{\displaystyle s,y}分別是流線的座標(biāo)及和流線垂直的座標(biāo)。

當(dāng)dp/ds>0{\displaystyle dp/ds>0}時(shí)，出現(xiàn)逆壓梯度的現(xiàn)象，若逆壓梯度速度，會(huì)使得速度u{\displaystyle u}沿著流線s{\displaystyle s}減少，最后甚至可能變?yōu)榱慊蜇?fù)值。

影響邊界層分離的因素

邊界層是否會(huì)分離是依沿著表面的速度梯度duo/ds{\displaystyle du_{o}/ds}分布為正值或負(fù)值而定，依照微分形式的白努利定律，速度梯度和壓強(qiáng)梯度有關(guān)：

在分離點(diǎn)處，物面上速度梯度有：

一般而言，要讓紊流邊界層分離所需duo/ds{\displaystyle du_{o}/ds}的大小，會(huì)比層流邊界層下的duo/ds{\displaystyle du_{o}/ds}要大，因此前者容許較快的流體減速，不會(huì)造成邊界層分離。

另一個(gè)與邊界層分離有關(guān)的是雷諾數(shù)，對(duì)于已知的速度梯度分布duo/ds{\displaystyle du_{o}/ds}，隨著雷諾數(shù)的提高，紊流邊界層的分離阻力會(huì)略為提高。相反的，層流邊界層的分離阻力不隨雷諾數(shù)而改變。

內(nèi)流場(chǎng)的邊界層分離

內(nèi)流場(chǎng)也會(huì)出現(xiàn)邊界層分離的情形，例如管路中的截面積突然變大就可能造成邊界層分離。邊界層分離的原因是在流體膨脹時(shí)會(huì)出現(xiàn)的逆壓梯度，因此原在原邊界層內(nèi)產(chǎn)生一新的回流流場(chǎng)分離。分隔回流流場(chǎng)和管路中央流場(chǎng)的流線稱為分界流線（dividing streamline），當(dāng)分界流線又貼近管路邊界時(shí)稱為再接觸點(diǎn)（reattachment point）。后續(xù)流場(chǎng)會(huì)達(dá)到一平衡狀態(tài)，此時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)回流或反向的流場(chǎng)。

邊界層分離的影響

邊界層分離一般會(huì)帶來(lái)不好的影響。

當(dāng)邊界層分離時(shí)，其位移厚度（英語(yǔ)：displacement thickness）會(huì)迅速增加，影響外面的位流及壓強(qiáng)場(chǎng)。若此情形出現(xiàn)在機(jī)翼上，壓強(qiáng)場(chǎng)的變化會(huì)讓壓差損失提高，若壓差損失增加太多，飛機(jī)出現(xiàn)升力喪失及失速等的情形。若是內(nèi)流場(chǎng)，邊界層分離會(huì)增加流動(dòng)損失，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似失速的情形，例如壓縮機(jī)的喘振（surge）。

邊界層分離的另一個(gè)影響是渦旋脫落（英語(yǔ)：Vortex shedding），也就是卡門(mén)渦街。當(dāng)渦旋開(kāi)始脫離邊界的表面，渦旋會(huì)以固定的頻率離開(kāi)邊界表面。渦旋的周期性脫落會(huì)使得附近的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率接近共振頻率，會(huì)造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞。

參見(jiàn)

空氣動(dòng)力學(xué)

霜

達(dá)朗伯特悖論（英語(yǔ)：D"Alembert"s paradox）

馬格努斯效應(yīng)

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