边界层分离时产生漩涡的原因主要是边界层受到逆压梯度的影响,使得边界层相对物体的速度逐渐下降,甚至接近0。
当边界层外流压力沿流动方向增加得足够快时,与流动方向相反的压差作用力和壁面粘性阻力共同作用,导致边界层内流体的动量减少。在物体表面的某一位置,这种减少达到一定程度时,边界层便不再紧贴物体表面流动,而是脱离物面,形成分离。边界层分离后,流体的流动不再受到物体表面的约束,而是在物面附近形成回流区或漩涡。这种漩涡的产生是由于分离后的流体试图重新附着到物体表面,但由于流动的不稳定性,形成了旋转的流动结构。这些漩涡会导致很大的能量耗散,并对物体的气动性能产生显著影响。绕流过圆柱、圆球等钝头物体后的流动,以及角度大的锥形扩散管内的流动,都是边界层分离的典型例子。在这些情况下,由于物面压力发生大的变化,物体前后压力明显不平衡,一般存在着比粘性摩擦阻力大得多的压差阻力。当层流边界层在到达分离点前已转变为湍流时,由于湍流的强烈混合效应,分离点会后移。虽然这会增加摩擦阻力,但压差阻力会大为降低,从而减少能量损失。总之,边界层分离时产生漩涡的原因与逆压梯度、流体动量减少以及流动不稳定性等因素有关。这些漩涡不仅影响流体的流动特性,还对物体的气动性能和能量损失产生重要影响。