Pour lair circulant au-dessus dune aile, la séparation de lécoulement et lécoulement turbulent impliquent un écoulement perturbé près de la surface et un écoulement régulier plus éloigné. À quel moment dit-on » oh, ce flux est passé de la turbulence à la séparation » (ou vice versa) et pourquoi?
Je me demande si la séparation nimplique quune couche limite perturbée, alors que la turbulence peut impliquer une perturbation plus large comme dans un décrochage?
Par exemple, est-il correct de dire quen décrochage, un écoulement déjà turbulent (parfois ressenti comme un bourdonnement) se détache?
Ou que des générateurs de vortex, conçus pour redonner de lénergie à une couche limite stagnante, le font en créant des turbulences afin déviter la séparation?
Commentaires
- Non à la dernière question. Les couches limites peuvent être turbulentes.
- Toute turbulence plus large inclurait évidemment la couche limite. Mais comment cela est-il lié à la séparation des flux?
- Les couches limites turbulentes retardent la séparation. scientificamerican.com/article/how-do-dimples-in-golf-ba
- @GuyInchbald it ‘ est la couche limite elle-même qui est turbulente.
- Ces commentaires et quelques réponses mont amené à développer la question avec quelques exemples suggérés.
Réponse
La séparation de flux et la transition turbulente sont des phénomènes complètement différents.
La séparation de flux est entraînée par un gradient de pression défavorable dans le flux direction. Sur la surface supérieure dune surface de levage, le flux doit décélérer et revenir à la pression du champ lointain à lapproche du bord de fuite de la surface. Il y a donc un gradient de pression défavorable près de larrière des topsides en aluminium. Le problème est que ce gradient de pression pénètre dans la couche limite jusquà la peau de la feuille et que la couche limite a été ralentie en raison du frottement de la peau. Le résultat est que faire ralentir lair à lextérieur de la couche limite jusquà la vitesse du flux libre peut entraîner un écoulement de la couche limite dans le mauvais sens, vers lavant au-dessus de laile. Le flux doit aller quelque part, alors une bulle se forme et les lignes de courant se détachent de la peau. Les couches limites découlement laminaire sont sujettes à cela en raison du profil de vitesse des couches limites laminaires.
Une zone avec un fort gradient de pression défavorable peut également se développer juste derrière le pic daspiration du bord dattaque. Cela peut former une bulle et le flux se rattache souvent derrière. Un phénomène courant est quune bulle de séparation laminaire se forme et quun écoulement turbulent se rattache derrière elle. Ceux-ci peuvent être têtus et ont tendance à produire une hystérésis dans la courbe de portance par rapport à AoA.
La séparation est moins susceptible de se produire dans un écoulement turbulent, car elle nécessite un gradient de pression défavorable plus important.
La turbulence est fortement fonction de la vitesse du courant libre, et seulement faiblement fonction des gradients de pression. En effet, de nombreux modèles de turbulence utilisent simplement des données de turbulence à plaques plates (gradient de pression nul) et ignorent complètement les gradients de pression.
La différence est donc quils sont causés par des conditions différentes. La séparation nécessite un gradient de pression défavorable suffisamment fort pour sauvegarder la couche limite, et la turbulence ne se soucie pas beaucoup du gradient de pression.
Commentaires
- Créer un écoulement turbulent sur une aile lisse nécessite un gradient de pression défavorable. Ne ‘ noubliez pas de mentionner que
- @Abdullah Je ‘ je suppose que vous faites référence à ce bit – » Toutes les couches limites commencent comme laminaires. De nombreuses influences peut agir pour déstabiliser une couche limite laminaire, la faisant passer en turbulente. Gradients de pression défavorables, rugosité de surface, chaleur et énergie acoustique, tous des exemples dinfluences déstabilisantes. Une fois que la couche limite transite, le frottement cutané augmente. Cest le résultat principal dune couche limite turbulente. Le vieux mythe de la perte de portance nest que cela – un mythe. » Un gradient de pression défavorable a un faible effet sur la t turbulente ransition, mais ce nest pas obligatoire.
- @Abdullah voici un exemple où la fonction de mur standard de la couche limite turbulente, qui ne prend pas en compte les gradients de pression, est mise à niveau vers une fonction qui le fait. – afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node100.htm
- Les gars – pourquoi ne ‘ t vous posez une nouvelle question? Il ‘ est en fait assez simple: un gradient de pression défavorable ralentit la vitesse uniquement dans le sens du flux principal , laissant les vitesses de flux transversal intactes. Ainsi, ceux-ci deviennent plus élevés par rapport à la vitesse découlement principale, ce qui facilite la transition.Et concernant le » mythe » de labsence de perte de portance après une transition turbulente précoce: il suffit de demander à tout propriétaire dun planeur avec le Wortmann 67-170 profil aérodynamique et ils peuvent vous dire que cest tout sauf un mythe. Expliquer tout cela avec une profondeur suffisante ne peut ‘ t sadapter ici, cependant, une nouvelle question pourrait aider.
- Sur les ailes balayées, il ny a pas besoin de la pente défavorable . Le changement de direction découlement dans la couche limite est entièrement suffisant pour déclencher la transition. Vous devriez probablement ajouter que votre réponse nest valable que pour les ailes droites.
Réponse
À quel moment dit-on » oh, ce flux est passé de la turbulence à la séparation »
Au point où le flux change de direction.
Séparation de flux. La courbe en gras est la surface / laile.
Oui, cela peut arriver.
Les flux turbulent et laminaire peuvent se séparer. Un écoulement turbulent est en fait moins susceptible de se séparer quun écoulement laminaire. Cest pourquoi les ailes des avions ont souvent des dispositifs qui créent délibérément des turbulences sur laile.
(Oui, un écoulement séparé produit un frottement cutané négatif, mais au prix dune énorme traînée de pression)
Ici « Diagramme sa (mal dessiné à la main) montrant la différence entre les écoulements laminaire, turbulent et séparé.
Juste une clarification sur décrochage. Le stall correspond au moment où la réduction de portance causée par la séparation du flux dépasse laugmentation de portance causée par le vol à un angle dattaque accru. La séparation du flux peut se produire sans le décrochage, et cela réduira le bénéfice tiré dun angle dattaque plus élevé proportionnellement à la mesure dans laquelle le flux est séparé, mais le décrochage ne peut pas se produire sans séparation du flux.
En effet, de nombreuses ailes ont séparé le flux à le bord de fuite quelque temps avant
stall » est atteint. À mesure que lon se rapproche de » stall « , la région du flux séparé se développe vers lavant. La turbulence créée par le sillage de ce flux séparé atteint la queue, provoquant un » buffeting « , ce qui avertit le pilote quil est approche de décrochage. Les profils aérodynamiques dépourvus de cette fonction, tels que les profils aérodynamiques supercritiques ou supersoniques pointus, ont tendance à être dangereux de voler à vitesse lente avec leurs angles dattaque élevés inhérents.
Et comme vous pouvez le voir sur le diagramme, la séparation de lécoulement à un angle dattaque donné est bien pire pour un écoulement laminaire que pour un écoulement turbulent. Le cas séparé laminaire est donc plus susceptible dêtre un décrochage que le cas séparé turbulent.
Portée par rapport à langle dattaque pour les ailes fines et pointues par rapport aux ailes épaisses. pour les flux laminaires tombent dans la catégorie mince. Et comme ci-dessus, le simple fait davoir ou non un flux laminaire sur une aile peut faire une différence similaire.
Et oui, les générateurs de vortex empêchent la séparation en créant des turbulences, ce qui vitesse de l’air libre pour se mélanger à la couche limite à faible vitesse, accélérant ainsi la couche limite. C’est un compromis entre la traînée d’une couche limite turbulente et la même une plus grande perte de traînée et de portance due à la séparation de flux.
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- Mais quelle est la distinction technique entre séparation et turbulence? Quel est votre diagramme illustrant et à quoi ressemblerait un diagramme représentant lautre?
- @GuyInchbald Désolé, il représente la séparation. La ligne audacieuse est laile. Les lignes normales avec des rangées de flèches indiquent les vitesses de la couche limite.
- Merci. Cela a du sens maintenant.
- Ce dernier écoulement turbulent détaché serait-il ce quon appelle la condition de décrochage?
- @GuyInchbald: Laile est légèrement instable en tangage (plus encore avec plus de cambrure ) et seule la combinaison aile-empennage avec empennage installé sera parfaitement stable en tangage lorsque laile cale. Le décrochage soudain et brusque est causé par une séparation soudaine de lécoulement juste au-delà du nez du profil aérodynamique (provoquant un écoulement séparé sur une grande partie du profil aérodynamique) tandis que le décrochage bénin est causé par laugmentation lente de la séparation provenant du bord de fuite et rampant vers lavant avec un angle croissant attaque.
Réponse
Considérez la couche limite comme une autoroute à plusieurs voies avec des voitures en caoutchouc qui peuvent heurter les uns dans les autres. Cette autoroute a une bordure collante dun côté et les voitures sont elles-mêmes un peu collantes, donc les voitures près de cette bordure deviennent plus lentes plus elles sont proches.
Dans un cas, les voitures restent dans leur voie et la voie la plus à droite, juste à côté du trottoir, (désolé, vous les Australiens, les Japonais ou les Indiens: pour vous, ce serait la voie la plus à gauche) est occupée par le véhicules les plus lents. La vitesse augmente avec chaque voie plus éloignée de cette voie la plus lente, car les voitures se frottent bien. Cest comme un flux laminaire.
Maintenant, la circulation change et les conducteurs changent fréquemment de voie. Le résultat est que les voitures dans les voies les plus lentes doivent accélérer. De nouvelles voies rejoignent la voie la plus rapide de temps en temps afin que la vitesse dans la voie la plus rapide ne ralentisse pas. La vitesse est maintenant beaucoup plus égale sur les voies, mais lensemble de lautoroute sélargit pour accueillir toutes ces nouvelles voies avec des véhicules rapides. Cest comme un écoulement turbulent.
Alors que dans un écoulement laminaire, les parcelles dair sécoulent toutes dans la direction découlement prédominante, dans un écoulement turbulent, il y a beaucoup découlement transversal, donc ces parcelles se heurtent en cas de friction avec le mur (le trottoir collant de lautoroute, pour rester dans limage) les ralentit trop. Cela nécessite lajout constant de nouvelles parcelles à haute énergie afin que toute la couche limite soit plus épaisse et ait un profil de vitesse plus complet.
Cependant, si le gradient de vitesse le long de la direction découlement prédominante est négatif (par exemple, en la zone de recompression dans la moitié supérieure arrière dun profil aérodynamique), les voitures dans les voies de jonction deviennent plus lentes et les voies plus lentes ralentissent également. Cest comme sils obéissaient à une séquence de limites de vitesse qui disent à chacun de réduire sa vitesse de quelques mi / h. Et puis encore plus. Si la vitesse près du trottoir (dans la voie la plus lente) tombe à zéro, puis sinverse, une séparation de flux sest produite. Maintenant, la voie la plus lente se remplit de véhicules venant des deux sens, ce qui pousse les voitures dans les voies adjacentes plus loin. La largeur de lautoroute explose.
Cela peut se produire sans changement de voie ou avec beaucoup de changement de voie; le résultat est le même. Lorsquil se produit sans changement de voie et que les conducteurs changent davis sur ce détail plus en aval , les nouvelles voitures qui se joignent vont maintenant bousculer toutes les autres et relancer le trafic. Ceci décrit une bulle de séparation laminaire avec réassemblage en aval.
Je suis vous vous demandez si la séparation nimplique quune couche limite perturbée, alors que la turbulence peut entraîner une perturbation plus large comme dans un décrochage?
Chaque flux se sépare au bord de fuite. Avec un angle dattaque trop important, cette séparation se glisse vers lavant sur la face supérieure sur des profils épais ou une nouvelle séparation commence au-delà du pic daspiration près du nez sur des profils aérodynamiques minces. Cette séparation, lorsquelle est suffisamment importante, entraîne une perte de portance et définit le décrochage. Les couches laminaire et limite peuvent en faire lexpérience.
Un cas particulier est une bulle de séparation laminaire qui se produit au-delà du pic daspiration, mais la transition ultérieure vers un écoulement turbulent provoque un rattachement. Cela peut encore être suivi dune séparation de la couche limite turbulente plus tard.
Par exemple, est-il correct de dire que dans le décrochage, un déjà -un écoulement turbulent (parfois ressenti comme un bourdonnement) se détache?
Oui, mais aussi une couche limite laminaire peut se séparer et provoquer un décrochage (principalement à léchelle des modèles réduits davion et plus petit). Le » burbling » que vous mentionnez nest pas causé par cela mais par des tourbillons plus importants frappant la queue. Cela indique une séparation importante près du bord de fuite sur laile intérieure mais avec peu ou pas de perte de portance. Ce type de turbulence est différent de celui dune couche limite et dune échelle beaucoup plus grande.
Ou que les générateurs de vortex, conçus pour redonner de lénergie à un stagnant couche limite, faites-le en créant des turbulences pour empêcher la séparation?
Oui. Les générateurs de vortex ajoutent davantage de voies rapides au trafic dans la couche limite. Ils aident également à corriger lemplacement des chocs en vol transsonique.
Commentaires
- Excellent. La prochaine fois que je monterai dans un avion, je ‘ vais regarder laile et la voir pleine de petites voitures tamponneuses en caoutchouc bondissant partout. 🙂
- Maintenant, que vous a fait le Royaume-Uni pour quil ne mérite aucune mention? 🙂
- Jéviterais vraiment vraiment de mentionner les molécules du tout . Les écoulements turbulents et laminaires concernent le continuum. Les molécules sont complètement chaotiques dans lun ou lautre. Les molécules individuelles commencent à avoir de limportance à des échelles complètement différentes, le libre parcours moyen dans lair est denviron 70 nm. Il y a une bonne raison pour laquelle des parcelles ou particules fluides ont été inventées en.wikipedia.org/wiki/Fluid_parcel
- @VladimirF: Oui, cela logique. Je les ai remplacés par des » colis d’air « .
- @TooTea: Ils ont infecté trop de pays avec la maladie de conduire du mauvais côté de la route.Mais peut-être que je devrais donner une mention honorifique au sud de lAfrique.