W przypadku powietrza przepływającego nad skrzydłem, zarówno separacja przepływu, jak i przepływ turbulentny obejmują zakłócony przepływ przy powierzchni i płynny przepływ dalej. W którym momencie można powiedzieć ” och, ten przepływ zmienił się z turbulencji w separację ” (lub odwrotnie) i dlaczego?
Zastanawiam się, czy separacja obejmuje tylko zaburzoną warstwę graniczną, podczas gdy turbulencja może wiązać się z szerszymi zakłóceniami, takimi jak przeciągnięcie?
Na przykład, czy można powiedzieć, że w przeciągnięciu już burzliwy przepływ (czasami doświadczany jako bulgotanie) zostaje odłączony?
Albo że generatory wirów, zaprojektowane do ponownego zasilania stagnującej warstwy granicznej, robią to, tworząc turbulencje, aby zapobiec separacji?
Komentarze
- Nie dla ostatniego pytania. Warstwy graniczne mogą być turbulentne.
- Wszelkie szersze turbulencje oczywiście obejmowałyby warstwę graniczną. Ale jak to się ma do separacji przepływu?
- Turbulentne warstwy graniczne opóźniają separację. scientificamerican.com/article/how-do-dimples-in-golf-ba
- @GuyInchbald it ' sama warstwa graniczna jest burzliwa.
- Te komentarze i niektóre odpowiedzi skłoniły mnie do rozszerzenia pytania o kilka sugerowanych przykładów.
Odpowiedź
Separacja przepływu i przejście turbulentne to zupełnie inne zjawiska.
Separacja przepływu jest napędzana przez niekorzystny gradient ciśnienia w przepływie kierunek. Na górnej powierzchni powierzchni podnoszącej przepływ musi zwolnić i powrócić do ciśnienia dalekiego pola, gdy zbliża się do tylnej krawędzi powierzchni. Zatem w pobliżu tylnej strony wierzchniej strony folii występuje niekorzystny gradient ciśnienia. Problem polega na tym, że ten gradient ciśnienia przenika przez warstwę graniczną aż do naskórka folii, a warstwa graniczna została spowolniona z powodu tarcia skóry. W rezultacie wyprowadzenie powietrza poza warstwę graniczną spowolnione do prędkości swobodnego strumienia może spowodować, że warstwa graniczna przepłynie w niewłaściwą stronę, nad skrzydłem. Przepływ musi gdzieś iść, więc tworzy się bąbelek, a prążki odrywają się od skóry. Warstwy graniczne przepływu laminarnego są do tego podatne ze względu na profil prędkości laminarnych warstw granicznych.
Obszar z silnym niekorzystnym gradientem ciśnień może również powstać tuż za szczytem ssania krawędzi czołowej. Może to spowodować powstanie bańki, a za nią często ponownie przyłącza się przepływ. Jednym z częstych przypadków jest tworzenie się pęcherzyków separacji laminarnej i ponowne łączenie się za nimi przepływu turbulentnego. Mogą być uparte i mają tendencję do wytwarzania histerezy na krzywej podnoszenia względem AoA.
Separacja jest mniej prawdopodobna w przepływie turbulentnym, ponieważ wymaga większego niekorzystnego gradientu ciśnienia.
Turbulencja jest silnie funkcją prędkości swobodnego strumienia i tylko w niewielkim stopniu funkcją gradientów ciśnienia. Rzeczywiście, wiele modeli turbulencji po prostu wykorzystuje dane dotyczące turbulencji płaskich płyt (gradient zerowego ciśnienia) i całkowicie ignoruje gradienty ciśnienia.
Różnica polega na tym, że są one spowodowane różnymi warunkami. Separacja wymaga niekorzystnego gradientu ciśnienia dostatecznie silnego, aby utworzyć kopię zapasową warstwy granicznej, a turbulencja nie ma większego znaczenia dla gradientu ciśnienia.
Komentarze
- Tworzenie turbulentnego przepływu na gładkim skrzydle wymaga niekorzystnego gradientu ciśnienia. Nie ' nie zapomnij o tym wspomnieć
- @Abdullah I ' zgaduję, że odnosisz się do tego fragmentu – ” Wszystkie warstwy graniczne zaczynają się jako laminarne. Wiele wpływów mogą działać destabilizując laminarną warstwę graniczną, powodując jej przejście w turbulencje. Niekorzystne gradienty ciśnienia, chropowatość powierzchni, ciepło i energia akustyczna – wszystkie przykłady wpływów destabilizujących. Po przejściu warstwy granicznej tarcie naskórka wzrasta. To jest główny skutek turbulentnej warstwy granicznej. Stary mit utraty siły nośnej jest po prostu mitem. ” Niekorzystny gradient ciśnienia ma słaby wpływ na turbulentny t ransition, ale nie jest to wymagane.
- @Abdullah to przykład, w którym standardowa funkcja ściany turbulentnej warstwy granicznej, która nie uwzględnia gradientów ciśnienia, została ulepszona do takiej, która to robi. – afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node100.htm
- Chłopaki – dlaczego nie ' czy zadajesz nowe pytanie? Jest to ' całkiem proste: niekorzystny gradient ciśnienia spowalnia prędkość tylko w głównym kierunku przepływu, pozostawiając nietknięte prędkości przepływu krzyżowego. Stają się więc wyższe względnie w stosunku do głównej prędkości przepływu, co ułatwia przejście.A jeśli chodzi o ” mit ” braku utraty siły nośnej w wyniku wczesnej burzliwej zmiany: po prostu zapytaj dowolnego właściciela szybowca z Wortmann 67-170 płata i mogą ci powiedzieć, że to wszystko, ale mit. Wyjaśnienie tego wszystkiego za pomocą dostatecznej głębokości nie wyszło ' nie pasowało tutaj, dlatego nowe pytanie by pomogło.
- Na zamiatanych skrzydłach nie ma potrzeby stosowania niekorzystnego gradientu . Zmieniający się kierunek przepływu w warstwie granicznej jest w pełni wystarczający do wyzwolenia przejścia. Prawdopodobnie powinieneś dodać, że Twoja odpowiedź dotyczy tylko prostych skrzydeł.
Odpowiedź
W którym momencie można powiedzieć ” och, ten przepływ zmienił się z turbulencji w separację ”
W punkcie, w którym przepływ zmienia kierunek.
Separacja przepływu. Pogrubiona krzywa to powierzchnia / skrzydło.
Tak, to może się zdarzyć.
Rozdziela się zarówno przepływ turbulentny, jak i laminarny. Przepływ turbulentny w rzeczywistości mniej się rozdzieli niż przepływ laminarny. To dlatego skrzydła samolotów często są wyposażone w urządzenia, które celowo wytwarzają turbulencje na skrzydle.
(Tak, oddzielony przepływ powoduje ujemne tarcie skóry, ale za cenę ogromnego oporu ciśnienia).
Tutaj „sa (źle odręczny) diagram pokazujący różnicę między przepływami laminarnymi, turbulentnymi i rozdzielonymi.
Tylko wyjaśnienie dotyczące przeciągnięcia. przeciągnięcie występuje, gdy redukcja siły nośnej spowodowana separacją przepływu przewyższa wzrost siły nośnej spowodowany lataniem pod zwiększonym kątem natarcia. Separacja przepływu może wystąpić bez przeciągnięcie i zmniejszy korzyści wynikające z wyższego kąta natarcia proporcjonalnie do stopnia, w jakim przepływ jest oddzielony, ale przeciągnięcie nie może nastąpić bez separacji przepływu.
Rzeczywiście, wiele skrzydeł oddzieliło przepływ przy krawędź spływu przed
stoisko ” zostało osiągnięte. W miarę zbliżania się do ” stajni „, obszar oddzielonego przepływu rozszerza się do przodu. Turbulencja wywołana przez ten oddzielony przepływ uderza w ogon, powodując ” wstrząs „, co daje pilotowi ostrzeżenie, że jest zbliża się do straganu. Płaty pozbawione tej cechy, takie jak profile nadkrytyczne lub ostre naddźwiękowe, są zwykle niebezpieczne podczas lotu z małą prędkością z nieodłącznymi dużymi kątami natarcia.
I jak widać na diagramie, separacja przepływu przy danym kącie natarcia jest znacznie gorsza w przypadku przepływu laminarnego niż w przypadku przepływu turbulentnego. Tak więc przypadek z separacją laminarną jest bardziej prawdopodobne, że będzie to przeciągnięcie niż przypadek z separacją turbulentną.
Uniesienie a kąt natarcia dla cienkich, ostrych skrzydeł w porównaniu z grubymi. dla przepływu laminarnego należą do kategorii cienkich. I tak jak powyżej, samo posiadanie lub brak przepływu laminarnego na skrzydle może spowodować podobną różnicę.
I tak, generatory wirów zapobiegają separacji, tworząc turbulencje, które powodują wysokie prędkość swobodnego strumienia powietrza, aby zmieszać się z warstwą graniczną o niskiej prędkości, przyspieszając warstwę graniczną. Jest to kompromis między oporem turbulentnej warstwy granicznej a równym większy opór i strata siły nośnej z separacji przepływu.
Komentarze
- Ale jaka jest różnica techniczna między separacją a turbulencją? Który diagram przedstawia twój diagram i jak wyglądałby diagram przedstawiający drugi?
- @GuyInchbald Przepraszamy, przedstawia separację. Odważna linia to skrzydło. Normalne linie z rzędami strzałek pokazują prędkości warstwy granicznej.
- Dziękuję. Teraz ma to sens.
- Czy ten ostatni, odłączony turbulentny przepływ byłby tak zwanym stanem przeciągnięcia?
- @GuyInchbald: Skrzydło jest lekko niestabilne w pochyleniu (bardziej przy większym pochyleniu ) i tylko kombinacja skrzydło-ogon z zainstalowanym ogonem będzie idealnie stabilna w skoku, gdy skrzydło przeciągnie się. Nagłe, ostre przeciągnięcie jest spowodowane nagłym oddzieleniem przepływu tuż za nosem płata (powodującym oddzielony przepływ przez większą część płata), podczas gdy łagodne przeciągnięcie jest spowodowane powoli rosnącą separacją pochodzącą od krawędzi spływu i pełzaniem do przodu ze zwiększającym się kątem atak.
Odpowiedź
Pomyśl o warstwie granicznej jak o wielopasmowej autostradzie z gumowymi samochodami, które mogą uderzać na siebie. Ta autostrada ma lepki krawężnik z jednej strony, a samochody same są trochę lepkie, więc samochody w pobliżu tego krawężnika są tym wolniejsze, im są bliżej.
W jednym przypadku samochody pozostają na swoich pasach, a prawy pas, tuż obok krawężnika (przepraszam, Australijczycy, Japończycy lub Hindusi: dla was byłby to skrajnie lewy pas) jest zajęty przez najwolniejsze pojazdy. Prędkość rośnie z każdym pasem oddalonym od najwolniejszego pasa, ponieważ samochody ładnie się toczą. To jest jak przepływ laminarny.
Teraz ruch uliczny się zmienia i kierowcy często zmieniają pas ruchu. W rezultacie samochody na najwolniejszych pasach ruchu muszą przyspieszyć. Nowe pasy dołączają od czasu do czasu do najszybszego pasa, aby prędkość na najszybszym pasie nie zmniejszyła się. Prędkość jest teraz znacznie bardziej wyrównana na pasach, ale cała autostrada rozszerza się, aby pomieścić wszystkie nowe pasy z szybkimi pojazdami. To jest jak przepływ turbulentny.
Podczas gdy w przepływie laminarnym paczki powietrza przepływają w przeważającym kierunku, w przepływie turbulentnym występuje duży przepływ krzyżowy, więc te działki są zderzane w przypadku tarcia o ścianę (lepki krawężnik autostrady, aby pozostać na zdjęciu) za bardzo je spowalnia. Wymaga to ciągłego dodawania nowych, wysokoenergetycznych działek, aby cała warstwa graniczna była grubsza i miała pełniejszy profil prędkości.
Jeśli jednak gradient prędkości wzdłuż dominującego kierunku przepływu jest ujemny (powiedzmy, w obszar rekompresji w tylnej górnej połowie profilu), samochody na łączących pasach stają się wolniejsze, a wolniejsze pasy również zwalniają. To tak, jakby przestrzegali sekwencji ograniczeń prędkości, które każą wszystkim zmniejszyć prędkość o kilka mil na godzinę. A potem o więcej. Jeśli prędkość w pobliżu krawężnika (na najwolniejszym pasie) spada do zera, a następnie cofa, rozdzielenie przepływu . Teraz najwolniejszy pas zapełnia się pojazdami z obu kierunków, co wypycha samochody na sąsiednich pasach dalej. Szerokość autostrady eksploduje.
Może się to zdarzyć bez zmiany pasa lub w dużym stopniu; wynik jest taki sam. Kiedy dzieje się to bez zmiany pasa, a kierowcy zmieniają zdanie na temat tego szczegółu w dalszej części , dołączające nowe samochody będą teraz zderzać się ze wszystkimi innymi i ponownie poruszać ruchem. Opisuje to bańkę laminarnej separacji z ponownym podłączeniem w dół.
Jestem zastanawiasz się, czy separacja obejmuje tylko zakłóconą warstwę graniczną, podczas gdy turbulencja może wiązać się z szerszymi zaburzeniami, takimi jak przeciągnięcie?
Każdy strumień rozdziela się na krawędzi spływu. Przy zbyt dużym kącie natarcia ta separacja skrada się do przodu na górnej stronie na grubych profilach lub nowa separacja zaczyna się za szczytem ssania w pobliżu nosa na cienkich profilach. To oddzielenie, gdy jest wystarczająco rozległe, powoduje utratę siły nośnej i definiuje przeciągnięcie. Mogą tego doświadczyć zarówno warstwy laminarne, jak i graniczne.
Szczególnym przypadkiem jest laminarny pęcherzyk separacji, który pojawia się za szczytem ssania, ale późniejsze przejście do przepływu turbulentnego powoduje ponowne połączenie. Po tym nadal może nastąpić późniejsze oddzielenie burzliwej warstwy granicznej.
Na przykład, czy słuszne jest stwierdzenie, że w przeciągu -turbulentny przepływ (czasami doświadczany jako bulgotanie) zostaje odłączony?
Tak, ale także laminarna warstwa graniczna może się oddzielić i spowodować przeciągnięcie (głównie w skali modelu samolotu i mniejsze). ” bulbling „, o którym wspomniałeś, nie jest spowodowany tym, ale większymi wirami uderzającymi w ogon. Wskazuje to na dużą separację w pobliżu krawędzi spływu na skrzydle wewnętrznym, ale bez lub z niewielką utratą siły nośnej. Ten rodzaj turbulencji różni się od tego w warstwie granicznej i ma znacznie większą skalę.
Lub generatory wirów, zaprojektowane do ponownego zasilania zastoju warstwa graniczna, czy zrobić to, tworząc turbulencje, aby zapobiec separacji?
Tak. Generatory wirów dodają więcej szybkich pasów do ruchu w warstwie granicznej. Pomagają również w ustalaniu lokalizacji wstrząsów podczas lotu transsonicznego.
Komentarze
- Świetnie. Następnym razem, gdy wsiadam do samolotu, ' spojrzę na skrzydło i zobaczę, że jest ono pełne małych, gumowych zderzaków, wjeżdżających po całym miejscu. 🙂
- Co teraz zrobiła Wam Wielka Brytania, że nie zasługuje na wzmiankę? 🙂
- Naprawdę unikałbym wspominania o cząsteczkach w ogóle . Przepływy turbulentne i laminarne dotyczą kontinuum. W każdym z nich cząsteczki są całkowicie chaotyczne. Poszczególne cząsteczki zaczynają mieć znaczenie w zupełnie innych skalach, średnia swobodna droga w powietrzu wynosi około 70 nm. Nie bez powodu wynaleziono paczki lub cząsteczki płynne en.wikipedia.org/wiki/Fluid_parcel
- @VladimirF: Tak, to ma sens. Zastąpiłem je ” paczkami lotniczymi „.
- @TooTea: Zarażono zbyt wiele krajów tą chorobą jazdy po złej stronie drogi.Ale może powinienem wyróżnić południe Afryki.