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二次流

二次流流體力學中的一個概念,它指的是在主流流動的基礎上產生的另一種性質不同的流動。這種流動通常是由於橫向壓力的作用,導致流體在平行於邊界的方向上產生偏移。在二次流中,靠近邊界的流體層由於速度較小,會比離邊界較遠的流體層偏移得更厲害,從而形成疊加於主流之上的流動。

二次流的形成必須具備以下條件:

流場中存在離心力場,即主流速度存在切線分量,或者主流流線圖存在曲率半徑。

流場中存在剪下應力梯度,這意味著流體必須是粘性的,並且可以在固定的幾何條件下或在假想的「固化」幾何邊界條件下運動。

二次流的例子包括:

彎曲圓管中,流體核心由於速度較大,趨於一直向前流動,而沿邊界的速度較低的流層產生顯著的偏轉,趨於流向彎管的內側。這導致在曲管中產生一個與主流垂直的二次流,其中心線處的流體流向彎曲的外側,而在管壁附近則是向內側流動。

在天然的彎曲河道中,由於流體垂直於流動方向的壓力梯度不平衡以及離心力的作用,流體在沿河道軸向流動的同時,也會向彎曲河道外側流動。這導致河底處水流所攜帶的沙子、礫石等從彎段的外側移走,而在彎段的內側堆積起來,形成凹岸沖刷、凸岸淤積的現象。

二次流的例子還包括分離流旋渦等,它們也會引起相應的二次流現象。這些現象在日常生活中非常常見,如衛生間裝滿水的浴缸、洗手池及抽水馬桶放水時,既能觀察到水體表面產生強烈的旋流,這也是二次流現象的體現。