흐름 분리

체외적으로 몸을 둥글게 하든지, 밀폐된 통로 안에서든지 유체와 고체 표면 사이에 상대적인 움직임이 있을 때마다 경계층은 표면에 가까운 유체 층에 점성력이 존재하는 상태로 존재한다. 경계층은 층층일 수도 있고 난류일 수도 있다. 경계층이 층류인지 난류인지에 대한 합리적인 평가는 국소 유량 조건의 레이놀즈 수를 계산하여 할 수 있다.

흐름 분리 또는 경계 층 분리는 경계 층을 표면에서 웨이크로 분리하는 것이다.^[1] 예를 들어, 능률적인 신체의 가장 두꺼운 부분을 통과하거나 넓은 통로를 통과한 후 압력이 증가하면서 속도가 느려지는 흐름에서 분리가 발생한다.

증가하는 압력에 대항하여 흐르는 것을 역압 구배에서 흐르는 것으로 알려져 있다. 경계 층은 표면에 상대적인 경계 층의 속도가 정지하고 방향을 반대로 한 역압 구배에서 충분히 멀리 이동한 때를 분리한다.^[2][3] 그 흐름은 표면으로부터 분리되고, 대신 에디와 포티스의 형태를 취한다. 액체가 분리되면 표면에 일정한 압력을 가하는 대신 계속 증가하는 압력을 가한다.^[4] 공기역학에서 유량 분리는 물체의 전면과 후면 사이의 압력 차이로 인해 리프트가 감소하고 압력 드래그가 증가하게 된다. 그것은 항공기 구조물과 제어 표면의 버퍼링을 유발한다. 내부 통로에서 분리는 기계 블레이딩의 정지 및 진동을 유발하고 인렛과 압축기의 손실(효율 저하)을 증가시킨다. 많은 노력과 연구가 공기역학적 및 유체역학적 표면 윤곽의 설계에 착수했으며 흐름 분리를 지연시키고 가능한 오랫동안 흐름을 부착하는 특징을 추가했다. 테니스공 위의 털, 골프공 위의 보조개, 글라이더 위의 격발기, 난류 흐름으로의 초기 전환을 유도하는 격발기, 항공기의 소용돌이 발생기 등이 그 예다.

역압 구배

흐름 역전은 주로 외부 전위 흐름에 의해 경계층에 가해지는 역압력 구배가 원인이다. 경계층 내부의 흐름상 운동 방정식은 대략 다음과 같이 명시된다.

${\displaystyle u{\back s}=-{1 \over \rho }{dp \over ds}+{\nu }{\nu }{\nu ^{2}u \over y^{2}}}}}}}}$

$여기$서 s${\displaystyle }$, ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle s,y}$은(는) 스트림 및 정규 좌표다. 역압 구배는 s> 0 ${\displaystyle dp/ds>0$일 때 나타나며, 이 경우 $u{\displaystyle }${\$displaystyle$ $u}$의 $속도$가 s$${\$displaysty$ s$}$을 따라 감소하고$$$$ 역압 구배가 충분히 강하면 0이 될 수 있다.^[5]

영향 매개변수

경계층의 경향 분리를 위해 주로 또는 부정적인 불리한 연변 유속의 분포에 기울기 d마 o/ds(s)<0{\displaystyle du_{는 o}(s)<. 0}일 경우에 직접 베르누이 관계의 미분 형식, 압력과 그것의 그라데이션에 관련된 표면을 따라 달려 있다. 이 외부 비결정 유동에 대한 운동 방정식과 동일하다.

${\displaystyle \rho u_{o}{du_{o} \over ds}=-{dp \over ds}}$

그러나 분리에 필요한$$ $d{\displaystyle }$ ${\displaystyle u_{}}$/ ${\displaystyle d}$ s ${\디스플레이$ 스타일 $du_{o}/ds}$의 일반적인 크기는 층류 흐름보다 난류에 훨씬 크며, 전자는 거의 강력한 흐름 감속을 견딜 수 있다. 두번째 영향은 레이놀즈 수이다. 주어진 역 $d{\displaystyle }$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle o_{}d}$ s ${\displaystyle du_{o}/ds}$ 분포의$$ 경우, 난류 경계층의 분리 저항은 레이놀즈 수가 증가함에 따라 약간 증가한다. 이와는 대조적으로 층 경계층의 분리 저항은 레이놀즈 수와는 무관하며, 이는 다소 반직관적인 사실이다.

내부분리

경계층 분리는 내부 흐름에 대해 발생할 수 있다. 그것은 파이프 덕트의 급속한 팽창과 같은 원인에 기인할 수 있다. 유량이 팽창하면서 부딪치는 역압 구배 때문에 분리가 발생하여 분리 유량의 영역이 확장된다. 재순환되는 흐름과 덕트의 중심 영역을 통과하는 흐름을 분할 능률이라고 한다.^[6] 분할 능률이 벽에 다시 붙는 지점을 재첨부점이라고 한다. 이 흐름은 하류로 더 멀리 흐를수록 결국 평형 상태를 이루고 역류하지 않는다.

경계층 분리의 영향

경계층이 분리되면 그 잔해가 전단층을^[7] 형성하고 전단층과 표면 사이에 분리된 흐름 영역의 존재는 외부 전위 흐름과 압력장을 수정한다. 에어포일의 경우 압력장 변경으로 압력장 항력이 증가하며, 충분히 심할 경우 정지 및 리프트 상실도 초래되는데, 이 모든 것은 바람직하지 않다. 내부 흐름의 경우 흐름 분리는 흐름 손실의 증가를 발생시키고 컴프레서 서지 같은 스톨 타입 현상은 둘 다 바람직하지 않은 현상이다.^[8]

경계층 분리의 또 다른 영향은 카르만 소용돌이 거리로 알려진 규칙적인 탈피다. 구조물의 강하류 표면에서 흐르는 속도에 따라 빈도수로 흘러내렸다. 소용돌이 드리핑은 구조물에 진동을 일으킬 수 있는 교대력을 생성한다. 드리핑 주파수가 구조물의 공명 주파수와 일치하면 구조적 고장을 일으킬 수 있다. 이러한 진동은 인접한 고체 또는 유체 체내에서 그 기원에 기초하여 서로 다른 주파수에서 형성되고 반사될 수 있으며 공명을 축축하거나 증폭시킬 수 있다.

참고 항목

• 삼층 데크 이론
• 공기역학
• 달랑베르트의 역설
• 마그너스 효과

각주

참조

• 앤더슨, 존 D. (2004) 비행 소개, 맥그로우 힐. ISBN 0-07-282569-3
• L. J. Clancy(1975), Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0.

외부 링크

위키미디어 커먼스는 플로우 분리 관련 매체를 보유하고 있다.

• 항공우주 웹-골프 볼 보조개 & 드래그
• 스포츠 장비, 레크리에이션 및 기계 분야의 공기역학 - 골프 – 강사
• Marie Curie Network의 분리유동 예측을 위한 수치 및 해석 도구 개발