粘性流体の流れの分離の正確な原因は何ですか？

私の理解では、逆の流れ方向の圧力勾配により、境界層が特定のポイントを超えて下流に進むことができなくなり、その後、上流の流れは体の上下にしか移動できなくなります。

これはある意味で正しいです。逆圧力勾配の影響は、体表面近くの流れを減速させることです。これは、たとえば、見ることができます。 、2次元で境界層方程式を調べることによって。

$$ \ frac {\ partial u} {\ partial t} + u \ frac {\ partial u} {\ partial x} + v \ frac {\ partial u} {\ partial y} = \ nu \ frac {\ partial ^ 2 u} {\ partial y ^ 2}-\ frac {1} {\ rho} \ frac {\ partial p} {\ partial x } $$

定常流を考慮し、通常の速度が小さいと仮定すると、検査により、逆の圧力勾配によって$ u $が減少することがわかります。 eストリーム方向（$ x $）方向。

ご想像のとおり、分離には境界付近の流れが停滞する必要があります。さらに、フローが実際に反転すると分離が発生します。 $$ \ frac {\ partial u} {\ partial y} _ {y = 0} = 0; \ quad \ text {流れの停滞/差し迫った逆転} $$さらに、流れが再び加速しないように、圧力勾配が同時に逆になる必要があります。 $$ \ frac {\ partial p} {\ partial x} > 0 \ quad \ text {Adverse Pressure Gradient} $$

つまり、あなたは正しいです。しかし…

これは、流れが十分な流れ方向の法線圧力を欠いている最初の説明とは非常に異なる因果関係です。湾曲した流線の遠心力を克服するための勾配。

2つのステートメントは本質的に同じです -任意の数があります何が起こっているのかを物理的に説明する方法-しかし、私はあなたが2つの間に因果関係を混ぜ合わせていると思います。体の湾曲、したがってそれに伴う流線は、その体に沿った圧力勾配の逆境をジャッキアップします（あなたが「最小圧力のポイントを過ぎています）。したがって、最終的に分離につながるのは逆圧力勾配です。粘度が存在しなかった完璧な世界では、流れは湾曲したボディの前方部分に当たると速度が上がります。圧力は、体の最も広い点に達すると低下し、流線が一緒に「圧迫」され、流れが最大速度に達します。アフターボディでは、流れが減速し、両方が上流の値に達するまで圧力が上昇します。これは、運動エネルギー（速度）と位置エネルギー（圧力）の間の単純なトレードです。実際の粘性流では、その運動エネルギーの一部は、境界層である発熱性の迷惑な場所で放散されるため、運動エネルギーからの移動時に位置エネルギーに戻ると、曲面のアフターボディで発生し、十分な運動エネルギーがなく、流れが停滞して逆転し、流れが分離します。

衝撃による分離についてはコメントできません。 、私は流体力学で働いており、圧縮性について心配する必要はありません。私もその分野の権威ではないので、誰かが私の説明に問題を抱えている場合は、遠慮なく批判してください。

コメント

• +1これはすべて正しいです。非粘性で非圧縮性として流体に導入された非常に多くの人々は、圧力勾配が速度変化を引き起こし、その逆ではないという事実を見失います。
• @ user47127ありがとう、これまでの説明は素晴らしかった。しかし、通常の圧力勾配の関連性/非関連性についてもう少し触れていただけないでしょうか。 $ \ frac {V ^ 2} {R} $の加速度が重力加速度よりも大きい場合、丘を越える車は'道路との接触を失うことがわかっています。多くの人は、流れの分離には同様の原理が含まれ、求心力は流れ方向の法線圧力勾配から生じるという印象を受けています。 'その説明では、速度や圧力などの主な因果関係のいくつかを見逃していませんか？

ナビエ-ストークス（NS）方程式からの1904年の古典的なプラントルの境界層理論（BTL）では、流体粒子は圧力勾配$ dp / dx $によって駆動されます。 $ x- $ direction、$ dp / dx < 0 $に沿っており、圧力勾配は「好ましい」と呼ばれます。そうでない場合、圧力は流線に沿って上昇します。つまり、$ dp / dx > 0 $であり、圧力勾配は「逆」であり、ほとんどの場合、好ましくないと言います。不利な」場合、境界層は、急速に成長し、$ du / dn_w = 0 $、$ n_w $が壁の法線であり、流線が交差する壁でゆっくりとした逆流を発生させる可能性がある減速流領域でますます厚くなります。

方程式の流体運動を説明する他の定式化は、$ \ partial p / \ partial n = Uの場合、流体粒子が分離せずに境界の曲率に従うことを示しています。 ^ 2 / R $であり、$ \ partial p / \ partial n < U ^ 2 / R $の場合、接線方向に分離します。ここで、$ U $は接線方向の流体速度、$ R $は境界の半径です。

これは、慣性効果と粘性効果の複合であるはずの分離の大きな不思議なメカニズムと密接に関連しています。

しかし元に戻す「粘性流体における流れの分離の正確な原因」という質問ですが、原因は粘度だけではないと思います。

さらに、次のステートメントに同意しません

流れの分離を工学的に理解するために、Faltinsen 1990は次のように述べています。「分離の結果、粘性効果による圧力がせん断力よりも重要になります。何が起こっているかについては混乱があります。正確には、非定常流での分離を意味します…」。

コメント

• Physics SEへようこそ、回答ありがとうございます:)少なくとも初めて略語を書き出すことができると思いますか？それらを使用しますか？特に非ネイティブスピーカーにとっては、深刻な問題になる可能性があります。
• 抜粋した声明に同意します。具体的に何に問題がありますか？