Bei Luft, die über einen Flügel strömt, ist sowohl die Strömungstrennung als auch die turbulente Strömung mit einer gestörten Strömung neben der Oberfläche und einer gleichmäßigen Strömung verbunden. Ab wann sagt man “ Oh, diese Strömung hat sich von Turbulenz zu Trennung geändert “ (oder umgekehrt) und warum?
Ich frage mich, ob die Trennung nur eine gestörte Grenzschicht betrifft, während Turbulenzen eine größere Störung wie in einem Stall mit sich bringen können.
Ist es beispielsweise richtig zu sagen, dass im Stall Eine bereits turbulente Strömung (manchmal als Rauschen empfunden) löst sich ab?
Oder dass Wirbelgeneratoren, die eine stagnierende Grenzschicht wieder aktivieren sollen, Turbulenzen erzeugen, um eine Trennung zu verhindern?
Kommentare
- Nein zur letzten Frage. Grenzschichten können turbulent sein.
- Jede breitere Turbulenz würde offensichtlich die Grenzschicht einschließen. Aber wie hängt das mit der Strömungstrennung zusammen?
- Turbulente Grenzschichten verzögern die Trennung. Scientificamerican.com/article/how-do-dimples-in-golf-ba
- @GuyInchbald it ‚ ist die Grenzschicht selbst, die turbulent ist.
- Diese Kommentare und einige Antworten haben mich veranlasst, die Frage mit einigen vorgeschlagenen Beispielen zu erweitern.
Antwort
Strömungstrennung und turbulenter Übergang sind völlig unterschiedliche Phänomene.
Die Strömungstrennung wird durch einen nachteiligen Druckgradienten in der Strömung angetrieben Richtung. Auf der Oberseite einer Hebefläche muss sich die Strömung verlangsamen und zum Fernfelddruck zurückkehren, wenn sie sich der Hinterkante der Oberfläche nähert. Es gibt also einen nachteiligen Druckgradienten nahe der Rückseite der Folienoberseiten. Das Problem ist, dass dieser Druckgradient die Grenzschicht bis zur Haut der Folie durchdringt und die Grenzschicht aufgrund von Hautreibung verlangsamt wurde. Das Ergebnis ist, dass das Verlangsamen der Luft außerhalb der Grenzschicht auf Freestream-Geschwindigkeit dazu führen kann, dass die Grenzschicht in die falsche Richtung vorwärts über den Flügel fließt. Der Fluss muss irgendwohin gehen, damit sich eine Blase bildet und sich die Stromlinien von der Haut abheben. Laminare Strömungsgrenzschichten sind aufgrund des Geschwindigkeitsprofils laminarer Grenzschichten dazu anfällig.
Ein Bereich mit einem starken nachteiligen Druckgradienten kann sich auch direkt hinter der Saugspitze der Vorderkante entwickeln. Dies kann eine Blase bilden und der Fluss wird häufig wieder daran befestigt. Ein häufiges Ereignis ist die Bildung einer laminaren Trennblase und die Wiederanbringung einer turbulenten Strömung dahinter. Diese können hartnäckig sein und dazu neigen, eine Hysterese in der Kurve zwischen Auftrieb und AoA zu erzeugen.
Bei turbulenter Strömung ist eine Trennung weniger wahrscheinlich, da ein größerer nachteiliger Druckgradient erforderlich ist.
Turbulenzen sind stark eine Funktion der Freistromgeschwindigkeit und nur schwach eine Funktion der Druckgradienten. In der Tat verwenden viele Turbulenzmodelle nur Turbulenzdaten für flache Platten (Druckgradient Null) und ignorieren die Druckgradienten vollständig.
Der Unterschied besteht also darin, dass sie durch unterschiedliche Bedingungen verursacht werden. Die Trennung erfordert einen nachteiligen Druckgradienten, der stark genug ist, um die Grenzschicht zu stützen, und Turbulenzen kümmern sich nicht viel um den Druckgradienten.
Kommentare
- Um eine turbulente Strömung auf einem glatten Flügel zu erzeugen, ist ein nachteiliger Druckgradient erforderlich. ‚ Vergessen Sie nicht zu erwähnen, dass
- @Abdullah I ‚ Ich vermute, Sie beziehen sich auf dieses Bit – “ Alle Grenzschichten beginnen als laminar. Viele Einflüsse kann eine laminare Grenzschicht destabilisieren und zu einem turbulenten Übergang führen. Ungünstige Druckgradienten, Oberflächenrauheit, Wärme und akustische Energie sind Beispiele für destabilisierende Einflüsse. Sobald die Grenzschicht übergeht, steigt die Hautreibung. Dies ist das primäre Ergebnis Der alte Mythos des Auftriebsverlusts ist genau das – ein Mythos. “ Ein ungünstiger Druckgradient hat einen schwachen Effekt auf das turbulente t Übergang, aber nicht erforderlich.
- @Abdullah Hier ist ein Beispiel, bei dem die Standardwandfunktion der turbulenten Grenzschicht, bei der Druckgradienten nicht berücksichtigt werden, auf eine solche aktualisiert wird, die dies tut. – afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node100.htm
- Leute – warum nicht ‚ Stellen Sie keine neue Frage? ‚ ist eigentlich ganz einfach: Ein ungünstiger Druckgradient verlangsamt die Geschwindigkeit nur in der Hauptströmungsrichtung und lässt die Querströmungsgeschwindigkeiten unberührt. Diese werden also relativ zur Hauptströmungsgeschwindigkeit höher, was den Übergang erleichtert.Und in Bezug auf den “ Mythos „, dass kein Auftriebsverlust durch einen frühen turbulenten Übergang entsteht: Fragen Sie einfach jeden Besitzer eines Segelflugzeugs mit dem Wortmann 67-170 Tragflächenprofil und sie können Ihnen sagen, dass es alles andere als ein Mythos ist. Wenn Sie dies alles mit ausreichender Tiefe erklären, passt ‚ jedoch nicht hierher, daher würde eine neue Frage helfen.
- Bei überstrichenen Flügeln ist der nachteilige Gradient nicht erforderlich . Die sich ändernde Strömungsrichtung in der Grenzschicht reicht völlig aus, um den Übergang auszulösen. Sie sollten wahrscheinlich hinzufügen, dass Ihre Antwort nur für gerade Flügel gültig ist.
Antwort
Ab wann sagt man “ Oh, diese Strömung hat sich von Turbulenz zu Trennung geändert. “
An dem Punkt, an dem der Fluss die Richtung umkehrt.
Strömungstrennung. Die fette Kurve ist die Oberfläche / der Flügel.
Ja, das kann passieren.
Sowohl turbulente als auch laminare Strömung können sich trennen. Tatsächlich ist es weniger wahrscheinlich, dass sich eine turbulente Strömung trennt als eine laminare Strömung. Aus diesem Grund haben Flugzeugflügel häufig Vorrichtungen, die absichtlich Turbulenzen am Flügel erzeugen.
(Ja, eine getrennte Strömung erzeugt eine negative Hautreibung, jedoch zum Preis eines enormen Druckwiderstands.)
Hier „Ein (schlecht handgezeichnetes) Diagramm, das den Unterschied zwischen laminaren, turbulenten und getrennten Strömungen zeigt.
Nur eine Klarstellung zum Stall. Die Stall ist, wenn die durch die Strömungstrennung verursachte Auftriebsreduzierung den durch das Fliegen mit einem erhöhten Anstellwinkel verursachten Auftriebsanstieg überwältigt. Die Strömungstrennung kann ohne erfolgen Stillstand, und es wird den Nutzen verringern, der durch einen höheren Anstellwinkel im Verhältnis zu dem Ausmaß erzielt wird, in dem die Strömung getrennt wird, aber ein Stillstand kann nicht ohne Strömungstrennung auftreten die Hinterkante irgendwann vor
Stall “ ist erreicht. Wenn man sich dem “ -Stall “ nähert, dehnt sich der Bereich des getrennten Flusses nach vorne aus. Die Turbulenzen, die durch das Nachlaufen dieser getrennten Strömung erzeugt werden, treffen auf das Heck und verursachen “ Buffeting „, wodurch der Pilot gewarnt wird, dass er es ist Annäherung an Stall. Tragflächen, denen diese Funktion fehlt, wie überkritische oder scharfe Überschallprofile, neigen dazu, mit langsamen Geschwindigkeiten zu fliegen, da sie über hohe Anstellwinkel verfügen.
Und wie Sie aus dem Diagramm sehen können, Die Strömungstrennung bei einem bestimmten Anstellwinkel ist für laminare Strömung viel schlechter als für turbulente Strömung. Daher ist der laminar getrennte Fall eher ein Stillstand als der turbulent getrennte Fall.
Anheben gegen Anstellwinkel für dünne, scharfe Flügel gegen dicke Flügel für laminare Strömung fallen in die dünne Kategorie. Und wie oben kann es einen ähnlichen Unterschied machen, nur eine laminare Strömung auf einem Flügel zu haben oder nicht.
Und ja, Wirbelgeneratoren verhindern die Trennung, indem sie Turbulenzen erzeugen, die hohe verursachen Freestream-Luft beschleunigen, um sich mit der Grenzschicht niedriger Geschwindigkeit zu vermischen, wodurch die Grenzschicht beschleunigt wird. Dies ist ein Kompromiss zwischen dem Luftwiderstand einer turbulenten Grenzschicht und der geraden Größerer Luftwiderstands- und Auftriebsverlust durch Strömungstrennung.
Kommentare
- Aber was ist der technische Unterschied zwischen Trennung und Turbulenz? Welches Diagramm zeigt Ihr Diagramm und wie würde ein Diagramm mit dem anderen aussehen?
- @GuyInchbald Entschuldigung, es zeigt die Trennung. Die fette Linie ist der Flügel. Die normalen Linien mit Pfeilreihen zeigen die Geschwindigkeiten der Grenzschicht.
- Vielen Dank. Es macht jetzt Sinn.
- Wäre diese letzte, abgelöste turbulente Strömung die sogenannte Stall-Bedingung?
- @GuyInchbald: Der Flügel ist in der Steigung leicht instabil (mehr mit mehr Sturz ) und nur die Flügel-Heck-Kombination mit einem installierten Heck ist in der Steigung perfekt stabil, wenn der Flügel blockiert. Das plötzliche, scharfe Abwürgen wird durch eine plötzliche Strömungstrennung direkt hinter der Nase des Schaufelblatts verursacht (was eine getrennte Strömung über einen Großteil des Schaufelblatts verursacht), während das gutartige Abwürgen durch eine langsam zunehmende Trennung verursacht wird, die von der Hinterkante ausgeht und mit zunehmendem Winkel von vorwärts kriecht Angriff.
Antwort
Stellen Sie sich die Grenzschicht als mehrspurige Autobahn mit Gummiautos vor, die stoßen können in einander. Diese Autobahn hat auf einer Seite eine klebrige Bordsteinkante und die Autos sind selbst etwas klebrig, sodass Autos in der Nähe dieser Bordsteinkante umso langsamer werden, je näher sie kommen.
In einem Fall bleiben die Autos auf ihren Fahrspuren und die Fahrspur ganz rechts, direkt neben dem Bordstein (sorry, Sie Australier, Japaner oder Inder: Für Sie wäre das die Fahrspur ganz links), wird von der besetzt langsamste Fahrzeuge. Die Geschwindigkeit steigt mit jeder Spur, die weiter von dieser langsamsten Spur entfernt ist, da die Autos gut reiben. Dies ist wie eine laminare Strömung.
Jetzt ändert sich der Verkehr und die Fahrer wechseln häufig die Fahrspur. Das Ergebnis ist, dass Autos auf den langsamsten Fahrspuren beschleunigen müssen. Von Zeit zu Zeit werden neue Fahrspuren auf die schnellste Fahrspur gesetzt, damit die Geschwindigkeit auf der schnellsten Fahrspur nicht langsamer wird. Die Geschwindigkeit ist jetzt auf allen Fahrspuren viel gleich, aber die gesamte Autobahn wird breiter, um all diese neuen Fahrspuren mit schnellen Fahrzeugen aufzunehmen. Dies ist wie eine turbulente Strömung.
Während bei laminarer Strömung die Luftpakete alle in der vorherrschenden Strömungsrichtung strömen, gibt es bei turbulenter Strömung viel Querströmung, so dass diese Parzellen bei Reibung mit der Wand entlang stoßen (der klebrige Bordstein der Autobahn, um im Bild zu bleiben) verlangsamt sie zu sehr. Dies erfordert die ständige Hinzufügung neuer, energiereicher Parzellen, damit die gesamte Grenzschicht dicker ist und ein volleres Geschwindigkeitsprofil aufweist.
Wenn jedoch der Geschwindigkeitsgradient entlang der vorherrschenden Strömungsrichtung negativ ist (z. B. in im Rekompressionsbereich in der hinteren oberen Hälfte eines Tragflügels) werden die Autos in den Verbindungsspuren langsamer und die langsameren Spuren verlangsamen sich ebenfalls. Es ist, als ob sie eine Folge von Geschwindigkeitsbegrenzungen einhalten, die jedem sagen, dass er seine Geschwindigkeit um einige MPH reduzieren soll. Und dann noch mehr. Wenn die Geschwindigkeit in der Nähe der Bordsteinkante (auf der langsamsten Spur) auf Null fällt und sich dann umkehrt, Strömungstrennung ist aufgetreten. Jetzt füllt sich die langsamste Fahrspur mit Fahrzeugen aus beiden Richtungen, wodurch die Autos auf den angrenzenden Fahrspuren weiter nach außen gedrückt werden. Die Autobahnbreite explodiert.
Dies kann sowohl ohne oder mit viel Spurwechsel geschehen, das Ergebnis ist das gleiche. Wenn dies ohne Spurwechsel geschieht und die Fahrer ihre Meinung zu diesem Detail weiter stromabwärts ändern , die neuen Autos, die sich anschließen, stoßen jetzt alle anderen an und bringen den Verkehr wieder in Bewegung. Dies beschreibt eine laminare Trennblase mit erneuter Anbringung stromabwärts.
Ich bin Sie fragen sich, ob die Trennung nur eine gestörte Grenzschicht betrifft, während Turbulenzen eine größere Störung wie in einem Stall beinhalten können?
Jeder Durchfluss trennt sich an der Hinterkante. Bei zu großem Anstellwinkel kriecht diese Trennung bei dicken Tragflächen auf der Oberseite nach vorne, oder bei dünnen Tragflächen beginnt eine neue Trennung hinter der Saugspitze in der Nähe der Nase. Diese Trennung verursacht, wenn sie groß genug ist, einen Auftriebsverlust und definiert den Stall. Dies können sowohl laminare als auch Grenzschichten erfahren.
Ein Sonderfall ist eine laminare Trennblase, die nach dem Saugpeak auftritt, aber der anschließende Übergang zur turbulenten Strömung führt zu einer erneuten Anlagerung. Darauf kann später noch eine Trennung der turbulenten Grenzschicht folgen.
Ist es beispielsweise richtig zu sagen, dass im Stall bereits eine -turbulente Strömung (manchmal als Plätschern empfunden) löst sich ab?
Ja, aber auch eine laminare Grenzschicht kann sich trennen und zum Abwürgen führen (meistens bei Modellflugzeugmaßstäben) und kleiner). Das von Ihnen erwähnte “ plätschernde “ wird nicht dadurch verursacht, sondern durch größere Wirbel, die auf den Schwanz treffen. Dies weist auf eine größere Trennung in der Nähe der Hinterkante des Innenflügels hin, jedoch ohne oder mit geringem Auftriebsverlust. Diese Art von Turbulenzen unterscheidet sich von denen in einer Grenzschicht und ist viel größer.
Oder Wirbelgeneratoren, die eine Stagnation wieder aktivieren sollen Grenzschicht, indem Sie Turbulenzen erzeugen, um eine Trennung zu verhindern?
Ja. Wirbelgeneratoren fügen dem Verkehr in der Grenzschicht mehr Hochgeschwindigkeitsspuren hinzu. Sie helfen auch dabei, die Position von Schocks im Überschallflug zu bestimmen.
Kommentare
- Großartig. Wenn ich das nächste Mal in ein Flugzeug steige, werde ich ‚ auf den Flügel schauen und sehen, dass er voller kleiner Gummipuffer ist, die überall herumfahren. 🙂
- Was hat Großbritannien Ihnen angetan, dass es keine Erwähnung verdient? 🙂
- Ich würde es wirklich wirklich vermeiden, Moleküle überhaupt zu erwähnen. Turbulente und laminare Strömungen drehen sich um das Kontinuum. Die Moleküle sind in beiden Fällen völlig chaotisch. Einzelne Moleküle beginnen in völlig unterschiedlichen Maßstäben eine Rolle zu spielen, der mittlere freie Weg in der Luft liegt bei etwa 70 nm. Es gibt einen guten Grund, warum flüssige Pakete oder Partikel erfunden wurden de.wikipedia.org/wiki/Fluid_parcel
- @VladimirF: Ja, das macht Sinn. Ich habe sie durch “ Luftpakete “ ersetzt.
- @TooTea: Sie haben zu viele Länder mit der Krankheit infiziert auf der falschen Straßenseite fahren.Aber vielleicht sollte ich den Süden Afrikas ehrenvoll erwähnen.