For luft, der strømmer over en vinge, involverer både flowadskillelse og turbulent flow forstyrret flow ved siden af overfladen og glat flow længere væk. På hvilket tidspunkt siger man ” åh, denne strøm er ændret fra turbulens til adskillelse ” (eller omvendt) og hvorfor?
Jeg spekulerer på, om adskillelse kun indebærer et forstyrret grænselag, mens turbulens kan medføre en bredere forstyrrelse som f.eks. i en bås?
Er det for eksempel korrekt at sige, at i stallen, en allerede turbulent strøm (undertiden oplevet som burbling) løsnes?
Eller at vortexgeneratorer, der er designet til at genoprette et stagnerende grænselag, gør det ved at skabe turbulens for at forhindre adskillelse?
Kommentarer
- Nej til det sidste spørgsmål. Grænselag kan være turbulente.
- En bredere turbulens vil naturligvis omfatte grænselaget. Men hvordan er det relateret til flowadskillelse?
- Turbulente grænselag forsinker adskillelse. scientificamerican.com/article/how-do-dimples-in-golf-ba
- @GuyInchbald det ‘ er selve grænselaget, der er turbulent.
- Disse kommentarer og nogle svar har fået mig til at udvide spørgsmålet med et par foreslåede eksempler.
Svar
Flowadskillelse og turbulent overgang er helt forskellige fænomener.
Flowadskillelse drives af en ugunstig trykgradient i flowet retning. På den øverste overflade af en løfteoverflade skal strømmen aftage og vende tilbage til farfield-tryk, når den nærmer sig overfladens bagkant. Så der er en ugunstig trykgradient nær bagsiden af folietoppen. Problemet er, at denne trykgradient trænger ind i grænselaget helt ned til foliens hud, og grænselaget er blevet bremset på grund af hudfriktion. Resultatet er, at det at få luften uden for grænselaget sænkes ned til freestream-hastighed kan resultere i, at grænselaget flyder den forkerte vej fremad over vingen. Strømmen skal gå et eller andet sted, så der dannes en boble, og strømlinerne løftes væk fra huden. Laminære strømningsgrænselag er tilbøjelige til at dette sker på grund af laminargrænselagets hastighedsprofil.
Et område med en stærk ugunstig trykgradient kan også udvikle sig lige bag forkantens sugetop. Dette kan danne en boble, og strømmen fastgøres ofte igen. En almindelig begivenhed er, at der dannes en laminær separationsboble, og at turbulent strømning fastgøres bagved. Disse kan være stædige og har tendens til at producere hysterese i løft vs AoA-kurve.
Adskillelse er mindre tilbøjelige til at ske i turbulent strøm, da det skal have en større ugunstig trykgradient for at ske.
Turbulens er stærkt en funktion af freestream-hastighed og kun svagt en funktion af trykgradienter. Faktisk bruger mange turbulensmodeller bare flad pladeturbulensdata (nul trykgradient) og ignorerer trykgradienterne fuldstændigt.
Så forskellen er, at de skyldes forskellige forhold. Adskillelse har brug for en negativ trykgradient, der er stærk nok til at sikkerhedskopiere grænselaget, og turbulens bekymrer sig ikke meget om trykgradienten.
Kommentarer
- Oprettelse af turbulent flow på en glat vinge har brug for en negativ trykgradient. Don ‘ t glem at nævne, at
- @Abdullah I ‘ jeg gætter på at du henviser til denne bit – ” Alle grænselag starter som laminær. Mange påvirkninger kan virke for at destabilisere et laminært grænselag, hvilket får det til at overgå til turbulent. Uheldige trykgradienter, overfladeruhed, varme og akustisk energi, alle eksempler på destabiliserende påvirkninger. Når grænselaget overgår, går hudfriktionen op. Dette er det primære resultat af et turbulent grænselag. Den gamle myte om lifttab er netop det – en myte. ” Uønsket trykgradient har en svag effekt på turbulent t ransition, men det er ikke påkrævet.
- @Abdullah her er et eksempel, hvor standardvægfunktionen for turbulent grænselag, som ikke overvejer trykgradienter, opgraderes til en, der gør det. – afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node100.htm
- Gutter – hvorfor ikke ‘ t stiller du et nyt spørgsmål? Det ‘ er faktisk ret simpelt: En ugunstig trykgradient nedsætter hastigheden kun i hovedstrømretningen og efterlader krydsflowhastigheder uberørt. Så disse bliver højere relativt i forhold til hovedflowhastigheden, som hjælper med overgangen.Og angående ” myten ” om intet lifttab fra tidlig turbulent overgang: Bare spørg enhver ejer af et svævefly med Wortmann 67-170 airfoil, og de kan fortælle dig, at det er alt andet end en myte. At forklare alt dette med tilstrækkelig dybde vandt ‘ ikke til at passe her, men derfor ville et nyt spørgsmål hjælpe.
- På fejede vinger er der ikke behov for den negative gradient . Den skiftende strømningsretning i grænselaget er fuldt tilstrækkelig til at udløse overgangen. Du skal sandsynligvis tilføje, at dit svar kun gælder for lige vinger.
Svar
På hvilket tidspunkt siger man ” åh, denne strøm er ændret fra turbulens til adskillelse ”
På det punkt, hvor strømmen vender retning.
Flowadskillelse. Den dristige kurve er overfladen / vingen.
Ja, det kan ske.
Både turbulent og laminært flow kan adskille sig. Turbulent flow er faktisk mindre sandsynligvis adskilt end laminar flow. Dette er grunden til, at flyvinger ofte har enheder, der bevidst skaber turbulens på vingen.
(Ja, adskilt flow producerer negativ hudfriktion, men til prisen for enormt trykmodstand)
Her “et (dårligt håndtegnet) diagram, der viser forskellen mellem laminære, turbulente og adskilte strømme.
Bare en afklaring om stall. stall er når liftreduktionen forårsaget af flowadskillelse overvælder liftforøgelsen forårsaget af flyvning i en øget angrebsvinkel. stall, og det vil reducere fordelen ved en højere angrebsvinkel i forhold til det omfang, strømmen er adskilt, men stall kan ikke ske uden flowadskillelse.
Faktisk har mange vinger adskilt flow ved bagkanten engang før
stall ” er nået. Når man nærmer sig ” stall “, udvides regionen med adskilt strøm fremad. Turbulensen skabt af kølvandet på denne adskilte strømning rammer halen og forårsager ” buffering “, hvilket giver piloten en advarsel om, at han er nærmer sig bås. Airfoils, der mangler denne funktion, såsom superkritiske airfoils eller skarpe supersoniske, har tendens til at være farlige at flyve i langsom hastighed med dens iboende høje angrebsvinkler.
Og som du kan se på diagrammet, flowadskillelsen i en given angrebsvinkel er meget værre for laminær strømning end for turbulent flow. Så det laminare adskilte tilfælde er mere sandsynligt, at det er en stall end det turbulente adskilte tilfælde.
Løft mod angrebsvinkel for tynde, skarpe vinger versus tykke. for laminær strømning falder i den tynde kategori. Og som ovenfor kan bare have eller ikke have laminær strømning på en fløj gøre en lignende forskel.
Og ja, hvirvelgeneratorer forhindrer adskillelse ved at skabe turbulens, hvilket forårsager høj hastighed freestream luft for at blive blandet med lavhastighedsgrænselag, hvilket fremskynder grænselaget. Det er en afvejning mellem træk på et turbulent grænselag og det jævne større træk og løft tab fra flowadskillelse.
Kommentarer
- Men hvad er den tekniske forskel mellem adskillelse og turbulens? Hvilket viser dit diagram, og hvordan ser et diagram, der viser det andet ud?
- @GuyInchbald Beklager, det skildrer adskillelse. Den dristige linje er vingen. De normale linjer med rækker med pile viser grænselagets hastigheder.
- Tak. Det giver mening nu.
- Ville den sidste, løsrevne turbulente strøm være det, der kaldes stalltilstanden?
- @GuyInchbald: Vingen er let ustabil i tonehøjde (mere med mere camber ) og kun ving-hale-kombinationen med en installeret hale vil være perfekt stabil i tonehøjde, når vingen går i stå. Den pludselige, skarpe stall er forårsaget af pludselig strømadskillelse lige forbi næse på bærefladen (forårsager separeret strømning over meget af bærefladen), mens den godartede stald er forårsaget af langsomt stigende adskillelse med oprindelse fra bagkanten og kryber fremad med stigende angreb.
Svar
Tænk på grænselaget som en flerfelts motorvej med gummibiler, der kan støde ind i hinanden. Denne motorvej har en klæbrig kant på den ene side, og bilerne er lidt klæbrige selv, så biler i nærheden af denne kantsten bliver jo langsommere, jo nærmere de er.
I et tilfælde forbliver bilerne i deres baner, og den højre bane lige ved siden af kantstenen (undskyld, du australiere, japanere eller indianere: For dig, der ville være den længste bane) er besat af langsomste køretøjer. Hastigheden øges med hver bane mere fjernt fra denne langsomste bane, da biler gnider godt sammen. Dette er som laminær strømning.
Nu skifter trafik, og chaufførerne skifter spor ofte. Resultatet er, at biler i de langsomste baner skal fremskynde. Nye baner deltager fra tid til anden i den hurtigste bane, så hastigheden i den hurtigste bane ikke sænkes. Hastigheden er nu meget mere lige på tværs af baner, men hele motorvejen bliver bredere for at rumme alle de nye baner med hurtige køretøjer. Dette er som en turbulent strømning.
Mens der i laminarstrøm flyder luftpakkerne alle i den fremherskende strømningsretning, i turbulent strømning er der meget krydsstrømning, så disse pakker bliver bumpet sammen, hvis friktion med væggen (motorvejens klæbrige kantsten for at forblive på billedet) sænker dem for meget. Dette kræver en konstant tilsætning af nye højenergipakker, så hele grænselaget er tykkere og har en mere fuldstændig hastighedsprofil.
Men hvis hastighedsgradienten langs den dominerende strømningsretning er negativ (f.eks. I komprimeringsområdet i den bageste øverste halvdel af en bæreflade), bliver bilerne i forbindelsesbanerne langsommere, og de langsommere baner bremser også. Det er som om de adlyder en sekvens af hastighedsbegrænsninger, der fortæller alle at reducere deres hastighed med noget MPH. Og så nogle flere. Hvis hastigheden nær kantstenen (i den langsomste bane) falder til nul og derefter vender tilbage, flowadskillelse er fundet. Nu fyldes den langsomste bane med køretøjer fra begge retninger, som skubber bilerne i de tilstødende baner længere ud. Motorvejsbredden eksploderer.
Dette kan begge ske med ingen eller meget baneændring; resultatet er det samme. Når det sker uden baneændring, og drivere skifter mening om den detalje længere nedstrøms , de nye biler, der tilslutter sig, støder nu alle andre sammen og får trafikken i bevægelse igen. Dette beskriver en laminær separationsboble med genmontering nedstrøms.
Jeg er spekulerer på, om adskillelse kun involverer et forstyrret grænselag, mens turbulens kan involvere en bredere forstyrrelse som i en bås?
Hver strøm adskiller sig ved bagkanten. Med for meget angrebsvinkel kryber denne adskillelse frem på oversiden på tykke bæreplader, eller en ny adskillelse begynder forbi sugetoppen nær næsen på tynde bånd. Denne adskillelse, når den er omfattende nok, forårsager tab af løft og definerer standen. Både laminært og grænselag kan opleve dette.
Et specielt tilfælde er en laminær separationsboble, der forekommer forbi sugetoppen, men den efterfølgende overgang til turbulent strøm forårsager genfastgørelse. Dette kan stadig følges af en adskillelse af det turbulente grænselag senere.
For eksempel er det korrekt at sige, at der i stallen er en allerede -turbulent flow (undertiden oplevet som burbling) løsnes?
Ja, men også et laminært grænselag kan adskille og forårsage stall (for det meste ved modelflyvægt og mindre). Den ” knurrende ” du nævner, er ikke forårsaget af dette, men af større hvirvler, der rammer halen. Dette indikerer en større adskillelse nær bagkanten på den indvendige vinge, men uden eller lidt tab af løft. Denne form for turbulens er forskellig fra den i et grænselag og i meget større skala.
Eller at hvirvelgeneratorer, der er designet til at genoplive en stagnerende grænselag, gør det ved at skabe turbulens for at forhindre adskillelse?
Ja. Vortex-generatorer tilføjer flere hurtige baner til trafikken i grænselaget. De hjælper også med at rette placeringen af stød i transsonisk flyvning.
Kommentarer
- Fantastisk. Næste gang jeg kommer på et fly, vil jeg ‘ se på vingen og se den fuld af små gummibumperbiler, der grænser op overalt. 🙂
- Hvad har Storbritannien nu gjort mod dig, at det ikke fortjener nogen omtale? 🙂
- Jeg ville virkelig undgå at nævne molekyler overhovedet . Turbulente og laminære strømme handler om kontinuum. Molekylerne er helt kaotiske i begge. Individuelle molekyler begynder at have betydning i helt forskellige skalaer, den gennemsnitlige frie vej i luft er omkring 70 nm. Der er en god grund til, at flydende pakker eller partikler blev opfundet da.wikipedia.org/wiki/Fluid_parcel
- @VladimirF: Ja, det giver mening. Jeg erstattede dem med ” luftpakker “.
- @TooTea: De inficerede for mange lande med sygdommen at køre på den forkerte side af vejen.Men måske skulle jeg give det sydlige Afrika en æresomtale.