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当滑移长度和流场的特征尺寸相近时,滑移长度对流场,如速度场、压力场会产生显著影响。对于两块无限大平行平板之间的层流流动,有滑移时阻力只跟粘性力直接相关,压力场只能通过速度场来影响壁面阻力。对于圆柱绕流,虽然压力场和速度场相互耦合,但由于壁面曲率导致的分离点变化,压力是构成流动阻力的一部分,且远大于粘性阻力。因此,滑移对圆柱减阻机制的研究就必须探讨压力对阻力的影响。 本文通过数值研究分析了圆柱滑移边界条件下的压力阻力和粘性阻力,发现随着雷诺数和滑移长度的增大,滑移对压力阻力的影响增大,甚至超过滑移对粘性阻力的影响;为了更进一步分析导致上述结果的原因,数值计算研究了圆柱壁面上局部压力阻力和粘性阻力的分布特性。结果表明,滑移使圆柱后端的压力提高,进而明显降低压力阻力。圆柱后端压力越高,阻力越小。研究中发现,圆柱后端的压力对滑移非常敏感,其原因就是滑移对圆柱后端流场的影响较大。滑移使得圆柱表面分离点向下游移动,且滑移越大,尾迹越稳定,压力损失越小。粘性阻力主要影响区域在圆柱前端,由于滑移对圆柱前端流场结构的改变并不大,因而对粘性阻力的影响具有一定相似性。 为了进一步分析圆柱壁面上压力分布起因,理论分析了壁面上涡量在径向方向的输运(a)ω/(a)r和流体沿壁面的对流作用uβ/r·(a)uβ/(a)β|wall对压力分布的影响。发现,在80°≤β≤120°这个区间内,涡量在r方向的输运(a)ω/(a)r随滑移长度的增大而增大,从而导致了压力的快速升高。这跟边界层分离点随滑移长度的增大而后移相关,这一区间是影响压力分布最为关键的一个区域。该区域正好临近或处在流动截面积(垂直于x轴界面)收缩,且在边界层分离之前,此时流动速度减小,压力增加;同时,压力云图显示滑移可以使得流场变得越来越稳定。此外,本文利用速度的波动情况去量化流场的稳定性,验证了上述结论。 滑移影响的本质以等同于圆柱壁面内缩,即由圆柱壁面变为椭圆柱壁面。对于有曲率的壁面,滑移导致的压力阻力变化决定了其减阻特性。