邊界層分離時(shí)產(chǎn)生漩渦的原因主要是邊界層受到逆壓梯度的影響,使得邊界層相對(duì)物體的速度逐漸下降,甚至接近0。
當(dāng)邊界層外流壓力沿流動(dòng)方向增加得足夠快時(shí),與流動(dòng)方向相反的壓差作用力和壁面粘性阻力共同作用,導(dǎo)致邊界層內(nèi)流體的動(dòng)量減少。在物體表面的某一位置,這種減少達(dá)到一定程度時(shí),邊界層便不再緊貼物體表面流動(dòng),而是脫離物面,形成分離。邊界層分離后,流體的流動(dòng)不再受到物體表面的約束,而是在物面附近形成回流區(qū)或漩渦。這種漩渦的產(chǎn)生是由于分離后的流體試圖重新附著到物體表面,但由于流動(dòng)的不穩(wěn)定性,形成了旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些漩渦會(huì)導(dǎo)致很大的能量耗散,并對(duì)物體的氣動(dòng)性能產(chǎn)生顯著影響。繞流過(guò)圓柱、圓球等鈍頭物體后的流動(dòng),以及角度大的錐形擴(kuò)散管內(nèi)的流動(dòng),都是邊界層分離的典型例子。在這些情況下,由于物面壓力發(fā)生大的變化,物體前后壓力明顯不平衡,一般存在著比粘性摩擦阻力大得多的壓差阻力。當(dāng)層流邊界層在到達(dá)分離點(diǎn)前已轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí),由于湍流的強(qiáng)烈混合效應(yīng),分離點(diǎn)會(huì)后移。雖然這會(huì)增加摩擦阻力,但壓差阻力會(huì)大為降低,從而減少能量損失??傊?,邊界層分離時(shí)產(chǎn)生漩渦的原因與逆壓梯度、流體動(dòng)量減少以及流動(dòng)不穩(wěn)定性等因素有關(guān)。這些漩渦不僅影響流體的流動(dòng)特性,還對(duì)物體的氣動(dòng)性能和能量損失產(chǎn)生重要影響。