Введение
Отрыв пограничного слоя от поверхности в трещину перерисованный корабль Тауба Ауербах В динамике жидкостей, разделение потока или разделение пограничного слоя - это отрыв пограничного слоя от поверхности в трещину. Пограничный слой существует всякий раз, когда происходит относительное движение между жидкостью и твердой поверхностью с вязкими силами, присутствующими в слое жидкости, близком к поверхности. Поток может быть внешним, вокруг тела, или внутренним, в закрытом проходе. Пограничные слои могут быть ламинарными или турбулентными. Оценка того, будет ли пограничный слой ламинарным или турбулентным, может быть сделана путем вычисления числа Рейнольдса местных условий потока. Разделение происходит в потоке, который замедляется, с увеличением давления, после прохождения самой толстой части поточного тела или прохождения через расширяющийся проход, например. Течение против возрастающего давления известно как течение в неблагоприятном градиенте давления. Пограничный слой отделяется, когда он проходит достаточное расстояние в неблагоприятном градиенте давления, чтобы скорость пограничного слоя относительно поверхности остановилась и изменила направление. Поток отрывается от поверхности и вместо этого принимает форму вихрей и вихрей. Жидкость оказывает постоянное давление на поверхность после того, как она отделилась, вместо постоянно увеличивающегося давления, если она все еще прикреплена. В аэродинамике разделение потока приводит к уменьшению подъёма и увеличению сопротивления давлению, вызванному дифференциалом давления между передней и задней поверхностями объекта. Это вызывает удар по конструкциям самолета и поверхностям управления. В внутренних проходах разделение приводит к задержке и вибрациям в машинном оборудовании и увеличению потерь (меньшей эффективности) в входах и компрессорах. Много усилий и исследований было вложено в проектирование контуров аэродинамических и гидродинамических поверхностей и добавлены функции, которые задерживают разделение потока и сохраняют присоединенный поток как можно дольше. Примеры включают шерсть на теннисном мяче, ямочки на мяче для гольфа, турбуляторы на планере, которые вызывают ранний переход к турбулентному потоку; вихревые генераторы на самолетах.
the repainted ship by Tauba Auerbach
In fluid dynamics, flow separation or boundary layer separation is the detachment of a boundary layer from a surface into a wake. A boundary layer exists whenever there is relative movement between a fluid and a solid surface with viscous forces present in the layer of fluid close to the surface. The flow can be externally, around a body, or internally, in an enclosed passage. Boundary layers can be either laminar or turbulent. A reasonable assessment of whether the boundary layer will be laminar or turbulent can be made by calculating the Reynolds number of the local flow conditions. Separation occurs in flow that is slowing down, with pressure increasing, after passing the thickest part of a streamline body or passing through a widening passage, for example. Flowing against an increasing pressure is known as flowing in an adverse pressure gradient. The boundary layer separates when it has travelled far enough in an adverse pressure gradient that the speed of the boundary layer relative to the surface has stopped and reversed direction. The flow becomes detached from the surface, and instead takes the forms of eddies and vortices. The fluid exerts a constant pressure on the surface once it has separated instead of a continually increasing pressure if still attached. In aerodynamics, flow separation results in reduced lift and increased pressure drag, caused by the pressure differential between the front and rear surfaces of the object. It causes buffeting of aircraft structures and control surfaces. In internal passages separation causes stalling and vibrations in machinery blading and increased losses (lower efficiency) in inlets and compressors. Much effort and research has gone into the design of aerodynamic and hydrodynamic surface contours and added features which delay flow separation and keep the flow attached for as long as possible. Examples include the fur on a tennis ball, dimples on a golf ball, turbulators on a glider, which induce an early transition to turbulent flow; vortex generators on aircraft.
Неблагоприятный градиент давления
Обратное течение в основном вызвано неблагоприятным градиентом давления, наложенным на пограничный слой внешним потенциальным потоком. Уравнение импульса по течению внутри пограничного слоя приблизительно определяется как где - по течению и нормальные координаты. Неблагоприятный градиент давления, когда , который затем может быть замечен, чтобы вызвать скорость уменьшается вдоль и, возможно, идти к нулю, если неблагоприятный градиент давления достаточно сильный.
where are streamwise and normal coordinates. An adverse pressure gradient is when , which then can be seen to cause the velocity to decrease along and possibly go to zero if the adverse pressure gradient is strong enough.
Внутреннее разделение
Разделение пограничного слоя может произойти для внутренних потоков. Это может быть результатом таких причин, как быстро расширяющийся трубопровод. Разделение происходит из-за неблагоприятного градиента давления, возникающего при расширении потока, вызывая расширенную область разделенного потока. Часть потока, которая отделяет рециркулирующий поток и поток через центральную область канала, называется разделяющей потоковой линией. Точка, где разделительная линия снова прикрепляется к стене, называется точкой прикрепления. По мере того, как поток идет дальше вниз по течению, он в конечном итоге достигает равновесного состояния и не имеет обратного потока.
Влияние разделения пограничного слоя
Когда пограничный слой отделяется, его остатки образуют сдвижной слой, а наличие отдельной области потока между сдвижным слоем и поверхностью изменяет внешнее потенциальное поле потока и давления. В случае с аэродинамическими профилями, изменение поля давления приводит к увеличению сопротивления давлению, а если оно достаточно серьезно, то также приведет к задержке и потере подъема, все из которых нежелательны. Для внутренних потоков разделение потоков приводит к увеличению потерь потока и к возникновению таких явлений, как перегрузка компрессора, которые являются нежелательными явлениями. Еще одним эффектом разделения пограничного слоя является регулярное пролитие вихрей, известных как улица вихря Кармана. Вихри проливаются с поверхности скалы вниз по течению от конструкции с частотой, зависящей от скорости потока. Вихревое сбрасывание производит переменную силу, которая может привести к вибрациям в структуре. Если частота сбрасывания совпадает с резонансной частотой конструкции, это может вызвать структурную неисправность. Эти вибрации могут быть установлены и отражены на разных частотах в зависимости от их происхождения в смежных твердых или жидких телах и могут либо уменьшить, либо усилить резонанс.