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¿Cuál es la causa exacta de la separación de flujo en un fluido viscoso?

Hace poco me metí en un largo debate acerca de la naturaleza exacta de la separación de la capa límite. En el lenguaje común, tenemos una tendencia a hablar de ciertas geometrías como demasiado "fuerte" para un flujo viscoso a permanecer conectados a ellos. El flujo no se puede "doblar la esquina", por así decirlo, y por lo que se separa del cuerpo. Aunque creo que esta forma de pensar puede predecir correctamente las situaciones en las que un flujo podría separar, creo que se pone la Física subyacente completamente equivocado. Desde mi entender, lo que happeneing es la adversa streamwise gradiente de presión se opone a la de la capa límite avanza aguas abajo más allá de un cierto punto, y el flujo de aguas arriba, posteriormente, tiene a dónde ir sino hacia arriba y fuera del cuerpo. Esto es muy diferente la relación causal de la primera explicación, donde el flujo no tiene suficiente streamwise-normal gradiente de presión para superar las fuerzas centrífugas de una curva racionalizar. Pero cual es la correcta?

Teniendo en cuenta que las ondas de choque puede producir extremas negativas gradientes de presión (incluso a lo largo de una línea de flujo que no es curvo), pensé que el shock inducido por el flujo de la separación puede ser una manera de resolver este asunto. Los pensamientos?

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Francesco Puntos 21

Desde mi entender, lo que happeneing es la adversa streamwise gradiente de presión se opone a la de la capa límite de progresar aguas abajo más allá de un cierto punto, y el flujo de aguas arriba posteriormente tiene a dónde ir sino hacia arriba y fuera del cuerpo.

Esto es correcto, en un sentido. El efecto de un gradiente de presión adverso es desacelerar el flujo cerca de la superficie del cuerpo. Esto puede verse, por ejemplo, mediante el examen de la capa límite de la ecuación en dos dimensiones.

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

Si usted se considera un flujo continuo y asumir normal velocidades de ser pequeño, entonces por la inspección, se puede ver que un negativas gradiente de presión provoca $u$ a la disminución de la streamwise ($x$) de la dirección.

Como se sospechaba, la separación requiere que el flujo cerca de la frontera se estanca. Por otra parte, la separación se produce cuando el flujo se invierte. $$ \frac{\partial u}{\partial y}_{y=0}=0; \quad \text{Flow Stagnation / Impending Reversal} $$ Adicionalmente, se requiere que el gradiente de presión simultáneamente negativas, por lo que el flujo no acelerar de nuevo. $$ \frac{\partial p}{\partial x}>0 \quad \text{Adverse Pressure Gradient}$$

Así que, en resumen, usted está en lo correcto. Sin embargo...

Esto es muy diferente la relación causal de la primera la explicación, en la que el flujo no tiene suficiente streamwise-normal gradiente de presión para superar las fuerzas centrífugas de una curva racionalizar.

Las dos afirmaciones son esencialmente la misma - hay cualquier número de maneras físicamente describir lo que está pasando - pero creo que tienes la causalidad mezclado entre los dos. La curvatura de un cuerpo, y por lo tanto su asistiendo a líneas de corriente, tomas de la adversidad de la gradiente de presión a lo largo de ese cuerpo (suponiendo que usted está más allá del punto de mínima presión). Así es el gradiente de presión adverso que en última instancia conduce a la separación. En un mundo perfecto, donde la viscosidad no existen, el flujo de velocidad hasta que golpea la parte delantera de un cuerpo curvo. La presión iba a caer a medida que alcanza el punto más ancho del cuerpo, agiliza son "exprimido" juntos, y el flujo alcanza una velocidad máxima de. En el afterbody, el flujo de desacelerar y la presión aumentaría hasta llegar a sus aguas arriba de los valores. Es un simple comercio entre la energía cinética (velocidad) y la energía potencial (presión). En un verdadero flujo viscoso, algunos de los que la energía cinética se disipa en el calor de generación de molestia que es una capa de límite, de modo que cuando la transferencia de la cinética de vuelta a la energía potencial que se produce en el afterbody de una superficie curva, no hay suficiente energía cinética, el flujo se detiene y revierte, y se obtiene de la separación del flujo.

No puedo comentar sobre el shock inducido por la separación, como yo trabajo en la hidrodinámica y no te preocupes acerca de compresibilidad. Yo no soy autoridad en esa zona, por lo que si alguien se toma el asunto con mi explicación, siéntase libre de criticar.

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