浅谈流体在物体表面的分离本质

首先先说下流体为什么会产生边界层分离呢？

其实这是分子学的问题，对于流体来说，它们不想固体一样，有比较稳固强大的分子键相互连接。流体之间的分子键相对来说不太稳固，所以在受到剪切力以后，可以随意变形自己的形状。流体中最主要的力之一应该就是粘性力了。它的作用就是保持流体层与层之间处于粘结的状态，你也可以理解为这个力是摩擦力。一般来说，流体内部的粘性力是非常小的，可以忽略。但是当流体与壁面靠近时，粘性力就不能忽略了，这个粘性力会导致流体的质点动量减小，进而在壁面位置产生边界层。流体中另外一个主要的力就是压力了。当流体运动时根据伯努利原理，有动能和势能变化就会产生压力能。这个压力能我们可以用压差来表示。之所以产生边界层分离，就是因为流体层之间的压差和粘性力导致流体质点的动量减小为零甚至是负，使得边界层内流体质点产生回流，将边界层内另外的流体质点被挤向外侧主流，边界层与壁面也就产生了分离。

结合机翼型和球状型边界层分离的不同为实例讲讲边界层。

首先我们假设气流从远处来的时候速度一致。当气流接触到机翼和球状物时，都会产生加速。你可以理解为，体积流量一致，速度和流过的截面积成反比。根据伯努利原理，当速度增加时，不考虑势能的话，压力是减小的，即为顺压。在这个阶段，在壁面附近的边界层处，顺压导致的压差是可以克服粘性的作用，使得流体质点保持向前运动。

此后的阶段机翼和球状物的边界层就不太一样了。在流体质点继续前行，过了球状物最高点位置时，根据前面说的，这个时候流体会减速，产生逆压。而运动的流体质点在此刻既要抵抗粘性作用，又要克服压差。当动量不足以克服这两个作用时，会产生停滞甚至回流，回流作用使得边界层内的流体质点挤向外部，所以导致边界层脱离壁面。同样对于机翼来说，由于过了最高点后，也会产生逆压，但由于机翼后段的形状趋于平行（近似的），所以相较而言，逆压要比球状物的小得多。逆压少，导致流体质点回流的动能就少，所以机翼的边界层的分离点相对靠后，并且厚度比较小。