U vzduchu proudícího přes křídlo zahrnuje oddělení toku i turbulentní proudění narušené proudění vedle povrchu a plynulé proudění dále. Kdy se řekne “ oh, tento tok se změnil z turbulence na separaci “ (nebo naopak) a proč?
Zajímalo by mě, jestli separace zahrnuje pouze narušenou mezní vrstvu, zatímco turbulence může zahrnovat širší poruchu, například ve stáji?
Je například správné říci, že ve stáji dojde k oddělení již turbulentního toku (někdy označovaného jako burbling)?
Nebo generátory vírů určené k opětovnému nabití stagnující mezní vrstvy tak učiní vytvořením turbulence, aby se zabránilo separaci?
Komentáře
- Ne na poslední otázku. Mezní vrstvy mohou být turbulentní.
- Jakákoli širší turbulence by samozřejmě zahrnovala mezní vrstvu. Jak to ale souvisí s oddělováním toku?
- Turbulentní mezní vrstvy oddalují oddělování. scientificamerican.com/article/how-do-dimples-in-golf-ba
- @GuyInchbald it ‚ je samotná mezní vrstva, která je turbulentní.
- Tyto komentáře a některé odpovědi mě vedly k rozšíření otázky o několik doporučených příkladů.
Odpověď
Oddělení toku a turbulentní přechod jsou zcela odlišné jevy.
Oddělení toku je způsobeno gradientem nepříznivého tlaku v toku směr. Na horním povrchu zvedací plochy musí tok zpomalit a vrátit se k tlaku Farfieldova pole, když se blíží k zadní hraně povrchu. Takže v zadní části horní části fólie je gradient nepříznivého tlaku. Problém je v tom, že tento tlakový gradient proniká mezní vrstvou až dolů k pokožce fólie a mezní vrstva byla zpomalena v důsledku tření kůže. Výsledkem je, že zpomalení vzduchu mimo mezní vrstvu na rychlost volného toku může vést k tomu, že mezní vrstva proudí špatně, dopředu přes křídlo. Tok musí někam jít, takže se vytvoří bublina a proudnice se zvednou z kůže. Hraniční vrstvy laminárního proudění jsou náchylné k tomu, že k tomu dojde kvůli rychlostnímu profilu laminárních hraničních vrstev.
Těsně za špičkou sání špičky se může také vyvinout oblast se silným gradientem nepříznivého tlaku. To může vytvořit bublinu a tok se za ní často znovu připojí. Jedním z běžných jevů je, že se vytvoří laminární separační bublina a za ní se znovu připojí turbulentní proudění. Mohou být tvrdohlaví a mají tendenci vytvářet hysterezi v křivce vztlak vs. AoA.
Při turbulentním proudění je méně pravděpodobné, že by došlo k separaci, protože je zapotřebí většího gradientu nepříznivého tlaku.
Turbulence je silně funkcí rychlosti volného toku a jen slabě funkcí tlakových gradientů. Mnoho modelů turbulencí skutečně využívá pouze data turbulence plochých desek (nulový tlakový gradient) a tlakové gradienty zcela ignoruje.
Rozdíl tedy spočívá v tom, že jsou způsobeny různými podmínkami. Separace vyžaduje dostatečně silný gradient nepříznivého tlaku pro zálohování mezní vrstvy a turbulence se o tlakový gradient příliš nestará.
Komentáře
- Vytvoření turbulentního proudění na hladkém křídle vyžaduje nepříznivý tlakový gradient. Nezapomeňte
- @Abdullah I ‚ hádám, že máte na mysli tento bit – “ Všechny hraniční vrstvy začínají jako laminární. Mnoho vlivů může působit na destabilizaci laminární mezní vrstvy, což způsobí její přechod na turbulentní. Nepříznivé tlakové gradienty, drsnost povrchu, teplo a akustická energie, všechny příklady destabilizujících vlivů. Jakmile mezní vrstva přejde, tření kůže stoupne. Toto je primární výsledek turbulentní mezní vrstvy. Starý mýtus o ztrátě výtahu je právě ten – mýtus. “ Nepříznivý tlakový gradient má slabý vliv na turbulentní t výkupné, ale není to nutné.
- @ Abdullah zde je příklad, kdy je standardní funkce stěny turbulentní mezní vrstvy, která nezohledňuje tlakové přechody, upgradována na jinou. – afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node100.htm
- Chlapi – proč ne ‚ t se ptáte na novou otázku? Je to ‚ ve skutečnosti docela jednoduché: Nepříznivý tlakový gradient zpomaluje rychlost pouze v hlavním směru proudění, přičemž rychlosti příčného proudění zůstávají nedotčené. Ty se tedy zvyšují relativně k rychlosti hlavního toku, což pomáhá při přechodu.A pokud jde o “ mýtus “ o ztrátě výtahu z raného turbulentního přechodu: Stačí se zeptat jakéhokoli majitele kluzáku s Wortmann 67-170 profil křídla a mohou vám říci, že je to něco jiného než mýtus. Vysvětlení toho všeho s dostatečnou hloubkou se sem ‚ nevejde, a proto by pomohla nová otázka.
- Na zametených křídlech není nutný nepříznivý sklon . Změna směru proudění v mezní vrstvě je zcela dostačující k vypnutí přechodu. Pravděpodobně byste měli dodat, že vaše odpověď je platná pouze pro přímé křídla.
Odpověď
Kdy se řekne “ oh, tento tok se změnil z turbulence na separaci “
V místě, kde tok mění směr.
Oddělení toku. Tučná křivka je plocha / křídlo.
Ano, to se může stát.
Může se oddělit turbulentní i laminární proudění. Turbulentní proudění je ve skutečnosti méně pravděpodobně oddělitelné než laminární proudění. To je důvod, proč křídla letadel často mají zařízení, která záměrně vytvářejí turbulence na křídle.
(Ano, oddělené proudění vytváří negativní tření kůže, ale za cenu obrovského tlakového odporu)
Zde „sa (špatně ručně nakreslený) diagram ukazující rozdíl mezi laminárním, turbulentním a odděleným tokem.
Jen objasnění stání. stání je to, když redukce zdvihu způsobená oddělením toku přemůže nárůst zdvihu způsobený letem pod větším úhlem nárazu. K oddělení toku může dojít bez stání, a to sníží výhodu získanou z vyššího úhlu náběhu v poměru k míře, ve které je tok oddělen, ale zastavení se nemůže stát bez oddělení toku.
Ve skutečnosti mnoho křídel oddělilo tok na zadní hrana někdy před
stání “ je dosaženo. Jak se člověk přibližuje k “ stáji „, oblast odděleného toku se rozšiřuje dopředu. Turbulence vytvořená v důsledku tohoto odděleného toku zasáhne ocas a způsobí “ buzení „, což pilotovi dá varování, že je blížící se stánek. Profily křídel, které nemají tuto vlastnost, jako jsou nadkritické profily křídel nebo ostré nadzvukové profily, bývají nebezpečné létat pomalou rychlostí s vlastními vysokými úhly náběhu.
A jak vidíte na obrázku, separace toku v daném úhlu náběhu je mnohem horší pro laminární proudění než pro turbulentní proudění. Takže případ laminárního oddělování je pravděpodobnější, že bude zablokovaný než případ turbulentního oddělování.
Zvětšení a úhel náběhu pro tenká, ostrá křídla a silná křídla. pro laminární proudění spadají do kategorie tenkých. A jak je uvedeno výše, právě to, že máte nebo nemáte laminární proudění na křídle, může udělat podobný rozdíl.
A ano, generátory vírů zabraňují oddělení vytvářením turbulencí, které způsobují vysoké zrychlete volný proud vzduchu, aby se smísil s mezní vrstvou s nízkou rychlostí, čímž se zrychlí mezní vrstva. Je to kompromis mezi odporem turbulentní mezní vrstvy a větší ztráta odporu a vztlaku z oddělování toku.
Komentáře
- Jaký je ale technický rozdíl mezi oddělováním a turbulencí? Který je váš diagram a jak by vypadal diagram znázorňující ten druhý?
- @GuyInchbald Omlouváme se, zobrazuje to oddělení. Tučnou čarou je křídlo. Normální čáry s řadami šipek ukazují rychlosti mezní vrstvy.
- Děkuji. Nyní to dává smysl.
- Bylo by to poslední, oddělené turbulentní proudění, čemu se říká stav zablokování?
- @GuyInchbald: Křídlo je mírně nestabilní na hřišti (spíše s větším odklonem) ) a pouze kombinace křídla a ocas s instalovaným ocasem bude dokonale stabilní ve stoupání, když se křídlo zastaví. Náhlé, ostré zablokování je způsobeno náhlým oddělením toku přímo za nosem profilu křídla (což způsobí oddělené proudění přes většinu profilu křídla), zatímco benigní zastavení je způsobeno pomalu se zvyšujícím oddělením pocházejícím od zadní hrany a plíživým pohybem vpřed se zvětšujícím se úhlem útok.
Odpověď
Představte si hraniční vrstvu jako vícepruhovou dálnici s gumovými vozy, které mohou narazit do sebe. Tato dálnice má na jedné straně lepivý obrubník a auta jsou sama o sobě trochu lepkavá, takže auta v blízkosti tohoto obrubníku jsou čím pomalejší, čím blíže jsou.
V jednom případě zůstávají auta ve svých jízdních pruzích a v pravém jízdním pruhu, hned vedle obrubníku, (omlouvám se, vy Australané, Japonci nebo Indové: Pro vás by to byl jízdní pruh nejvíce vlevo) je obsazen nejpomalejší vozidla. Rychlost se zvyšuje s každým jízdním pruhem vzdálenějším od tohoto nejpomalejšího jízdního pruhu, protože auta se pěkně drhnou. Je to jako laminární proudění.
Nyní se mění provoz a řidiči často mění jízdní pruhy. Výsledkem je, že auta v nejpomalejších pruzích musí zrychlit. Nové pruhy se čas od času připojí k nejrychlejšímu pruhu, takže rychlost v nejrychlejším pruhu se nezpomalí. Rychlost je nyní mnohem rovnoměrnější napříč jízdními pruhy, ale celá dálnice se rozšiřuje tak, aby vyhovovala všem novým pruhům s rychlými vozidly. Je to jako turbulentní proudění.
Zatímco v laminárním proudění proudí všechny proudy vzduchu v převládajícím směru proudění, v turbulentním proudění dochází k velkému příčnému proudění, takže tyto proužky narazí, pokud dojde ke tření se stěnou (lepkavý obrubník dálnice, abychom zůstali v obraze) je příliš zpomaluje. To vyžaduje neustálé přidávání nových vysokoenergetických balíků, takže celá hraniční vrstva je silnější a má plnější rychlostní profil.
Pokud je však gradient rychlosti podél převládajícího směru toku záporný (řekněme v rekompresní oblast v zadní horní polovině profilu křídla), auta ve spojovacích pruzích se zpomalí a zpomalí také pruhy. Je to, jako by poslouchali sled rychlostních limitů, které každému říkají, aby snížili rychlost o nějaký MPH. A pak ještě o několik. Pokud rychlost v blízkosti obrubníku (v nejpomalejším jízdním pruhu) klesne na nulu a pak couvne, oddělení toku . Nyní se nejpomalejší jízdní pruh zaplňuje vozidly z obou směrů, což tlačí auta v sousedních pruzích dále ven. Šířka dálnice exploduje.
K tomu může dojít jak se změnou jízdního pruhu, tak bez změny jízdního pruhu; výsledek je stejný. Když k tomu dojde bez změny jízdního pruhu a řidiči změní názor na tento detail dále po proudu , nová auta, která se připojí, nyní narazí na všechny ostatní a znovu se rozjedou. Toto popisuje bublinu laminárního oddělování s opětovným připojením po proudu.
Jsem Zajímá vás, zda separace zahrnuje pouze narušenou mezní vrstvu, zatímco turbulence mohou zahrnovat širší poruchu, například ve stáji?
Každý tok se odděluje na zadní hraně. Při příliš velkém úhlu náběhu se tato separace plazí dopředu na horní straně na silných profilech křídel nebo nová separace začíná kolem sacího vrcholu poblíž nosu na tenkých profilech křídel. Toto oddělení, je-li dostatečně rozsáhlé, způsobí ztrátu výtahu a definuje stání. Mohou to zažít jak laminární, tak mezní vrstvy.
Zvláštním případem je laminární separační bublina, která se vyskytuje za sacím vrcholem, ale následný přechod k turbulentnímu proudění způsobí opětovné připojení. Po tom může ještě později následovat oddělení turbulentní mezní vrstvy.
Je například správné říci, že ve stáji je již -turbulentní tok (někdy označovaný jako praskání) se oddělí?
Ano, ale také laminární mezní vrstva se může oddělit a způsobit zablokování (většinou v měřítku modelu letadla) a menší). “ burling „, který zmiňujete, není způsoben tím, ale většími víry, které narážejí na ocas. To naznačuje hlavní oddělení v blízkosti zadní hrany na vnitřním křídle, ale bez nebo s malou ztrátou zdvihu. Tento druh turbulence se liší od turbulence v mezní vrstvě a v mnohem větším měřítku.
Nebo vírové generátory určené k opětovnému zapnutí stagnující energie mezní vrstvu, vytvořte turbulenci, abyste zabránili oddělení?
Ano. Generátory vírů přidávají do provozu v mezní vrstvě další vysokorychlostní pruhy. Pomáhají také opravit polohu šoků při transsonickém letu.
Komentáře
- Skvělé. Až příště nasadnu do letadla, podívám se ‚ na křídlo a uvidím ho plné malých gumových nárazníků ohraničujících všude. 🙂
- Co vám udělala Velká Británie, že si nezaslouží žádnou zmínku? 🙂
- Opravdu bych se opravdu vyhýbal zmínkám o molekulách vůbec . Turbulentní a laminární proudění je o kontinuu. Molekuly jsou naprosto chaotické. Na jednotlivých molekulách začíná záležet ve zcela odlišných měřítcích, střední volná cesta ve vzduchu je kolem 70 nm. Existuje dobrý důvod, proč byly vynalezeny tekuté balíčky nebo částice en.wikipedia.org/wiki/Fluid_parcel
- @VladimirF: Ano, to dává smysl. Nahradil jsem je “ leteckými balíky „.
- @TooTea: Infikovali touto chorobou příliš mnoho zemí jízdy na špatné straně silnice.Ale možná bych měl čestně zmínit jih Afriky.