边界层的相似性解
边界层方程式
为非线性的偏微分方程,目前还没有找到其解析解。为了从理论上研究边界层,人们设法用一个复合变量来代替两个变量x和y,将两个函数u和v都用某一个函数表示出来,这样,可以将上式变成非线性的常微分方程,并用数值方法准确地算出,这样得到的解称为相似性解。
目前,仅仅在一种特殊的情况下可找到相似解:势流速度是幂次型的,即
这种势流属于角点绕流。现对这种流动现象作下列说明。
考虑幂函数的复位势的流动图案。
式中,m、A皆为实数,且A>0。
因而它表示绕角点的流动。
(*)
可见,在两条角边上,只有径向速度,无周向速度。令:
即:
所以,当m=-1,或a=+∞时,这种势流是点汇流动。
不同的a值对应的流动图案如图所示。
对于边界层流动,如果采用壁面坐标x,则式(*)中的r就用x代替,vr就用U代替,即
显然,m=0或a=0表示平板流动。
现在分析幂次型势流的边界层的相似性解。令:
则有
;
将上面各式代入边界层方程式可得
当U=-Axm时,上式变为
式中,a=2m/(m+1)
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