基本介紹
- 中文名：二次流
- 外文名：secondary flow
- 定義：產生了平行於邊界的偏移
- 導致：疊加於主流之上的二次流
- 舉例：在天然河道中
分類,規律原理,現象舉例,
分類
管流中常見的二次流有以下3種：①彎管中的二次流，垂直於彎管軸線，在管中心指向彎管外側，在管壁附近指向內側，可使最大流速區域向外壁偏移，河道彎段外側被掏深而內側變淺便是這種作用的結果；②非圓截面直管內的二次流，朝向管道截面的尖角或大曲率部位，然後返回主流中心，可使河流中的小漂浮物趨向河心，這種二次流僅在湍流中產生；③脈衝振盪流中的二次流，因固體在流體中振盪而產生，與平均壓強、動量和摩擦力問的相互作用有關，用超音波做實驗時，這種現象最顯著，肯特(Kundt)灰塵圖就是這種二次流的一個例證。
規律原理
根據多年的研究總結,二次流的形成必須具備如下條件:流場必須有離心力場的存在;流場必須有剪下應力梯度的存在。前者可表達為流場中的運動參數V(主流速度)存在切線分量時或者說主流流線圖存在曲率半徑時,一般計算都以流體圍繞某一中心點的旋轉角速度ω來衡量計算。而後者包含二層意義:①流體是粘性流體(以液體運動粘度v來計算);②流體可在一固定幾何邊界條件下,也可是在一假想“固化”幾何邊界條件下運動,進一步說二次流也存在“傳遞機理”。
綜合上述分析,我們可以描繪出各種場合下的二次流流線示意圖。特別要指出的是:在一定運動參數和幾何邊界參數下,主流與二次流可以轉化,也可以是人為轉化。
現象舉例
在天然河道中，在彎道處，由於二次流而使河底處水流所攜帶的沙子、礫石等從彎段的外側移走，而在彎段
二次流現象舉例的內側堆積起來，結果造成河道的外側被掏深而內側則變淺。這種情形與外側更大流速水流的沖刷相結合，就使彎段的彎曲程度越來越顯著。所以，只要可能，河道總是彎彎曲曲的（蜿蜒曲折）。見圖a。
另一個二次流的例子發生在旋轉圓筒底部的流動中。靠近底部的流體層因其流速小，離心力較圓筒中心處的小，因而引起底部流向向內。日常觀察到的小顆粒向容器底部中心區集中並堆積的現象，就可以用這裡談到的底部流動予以解釋。
此外，溫差產生的自然對流在水平管內形成徑向流動，也是二次流的一個例子。
較典型的二次流有迪恩渦(Dean vortex)、泰勒渦(Taylor vortex)、戈特勒(Gertler)渦，還有攪拌槽中的二次流，以及日常生活中的各種二次流現象。
迪恩渦是一種管道流，它的發生是因為流體在彎曲管道中流動時要受到離心力作用。
離心力指向彎曲管道外側，因此流體在沿管道軸向流動的同時，還將向彎曲管道外側流動。由於管道中心流體的速度較大，受到的離心力也大，因而以較大的二次流速度向外側流動，由於流動的連續性，管道上下壁面附近的流體被迫向管道內側流動，從而形成了雙旋渦二次流分布。
泰勒渦是兩個同軸獨立圓柱體之間流體的流動，這種現象是以泰勒而命名的。當圓柱體在低轉速時，流體沿圓柱體轉動方向簡單地移動。當內圓筒轉速超過臨界轉速時，泰勒(Taylor)觀察到流體變得不穩定，流體會形成細胞型微團在圓柱體周圍渦流層中作螺旋軌跡運動，並形成旋轉方向相反上下對稱的渦。這就是目前眾所周知的泰勒渦。
流體沿著凹凸不平的邊壁流動時，由於離心力的作用，會產生成對的旋轉方向相反的二次流旋渦，稱為戈特勒渦。
