马蹄涡

一、维基百科       

       马蹄涡(英语:horseshoe vortex)是一种简化的机翼涡系模型,由跟随机翼运动的等环量附着涡(bound vortex)和在左、右翼尖处形成的翼尖涡组成。这三条涡线形成类似马蹄的形状,马蹄涡也因之得名。

       此外,当机翼在流场中从静止开始起动时,另有一起动涡从机翼后脱落,但很快因黏性而耗散。同时,远离飞行器的翼尖涡也同样因此而耗散。翼尖涡会导致下洗气流的产生,进而引起诱导阻力。马蹄涡模型假设环量沿翼展不变(此时由库塔-儒可夫斯基定理可知升力亦沿翼展不变),但这与实际情形并不相符。在更接近实际的升力线理论中,旋涡强度沿翼展方向不断变化,强度的改变导致涡从整个机翼后缘脱落形成涡面,而非仅在左、右翼尖处形成涡线。此外,马蹄涡也指风力工程中强风围绕高大建筑物流动所产生的一种流态,迎风处一幢低层建筑的存在加剧了这种影响。英国建筑制造集团在1963-1973年进行了相关研究。

       水动力学中,水流经过钝体会形成马蹄涡。自然界中,马蹄涡可以导致马蹄云的形成。

二、自然界中的马蹄涡

       风是由空气在压力差的驱动下流动形成的,当风刮过地面时,由于地面相对于流动的空气是不动的,因此地面对于地面附近流动的空气有黏滞的作用,使最靠近地面的空气流速很低,离开地面越远,空气的流速越高,直到离开地面一定的距离后,空气的流速不再变化.这一靠近地面的薄层流动我们称之为边界层.
       在边界层中流动的流体(空气、水等),如果遇到障碍物,比如花坛、地面中直立的高层建筑、电视塔或者水中的桥墩等,流体会受到障碍物的阻碍作用,流速降低,产生下游压力大,上游压力小的逆压梯度,当逆压梯度大到一定程度,流体原来的运动不仅会被停止,而且会在逆压梯度的作用下向上游(反方向)运动,从而在靠近障碍物根部附近的地面角区形成沿着障碍物迎风面的根部周向的流动分离的涡旋,使流体根本不能进入障碍物的根部区域.这种涡旋由于涡面形状类似于弯曲的马蹄铁形状,因而被称为马蹄形涡旋,简称马蹄涡,由于马蹄涡的强烈旋转和逆压梯度作用,流体不能进入障碍物根部附近的角形区域,对该区域的流体产生掏挖的效果.
马蹄涡在其轴向一般是不稳定的。

       机翼表面的附着涡、翼梢涡和启动涡组成的马蹄涡是马蹄涡在空气动力学中最重要的应用,在航空航天工程中具有重要的地位,是机翼产生诱导阻力的主要原因.马蹄涡也是湍流边界层中的主要结构,马蹄涡引起的间歇的向上的喷射和向下扫掠事件是湍流边界层壁面摩擦阻力显著增加的主要原因,减小湍流边界层的壁面摩擦阻力主要通过控制马蹄涡的喷射和扫掠现象实现.

 参考:

https://en.wikipedia.org/wiki/Horseshoe_vortex 

http://www.cqvip.com/QK/93530X/20115/39782888.html

原文地址:https://www.cnblogs.com/2016-11-13/p/13214768.html