لایه مرزی Boundary Layer

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 852

سپاس: 524

جنسیت:

تماس:

لایه مرزی Boundary Layer

پست توسط rohamjpl »

.لایه مرزی ، در مکانیک سیالات ، لایه نازکی از گاز یا مایع در حال تماس با سطحی مانند سطح بال هواپیما یا داخل لوله است. سیال موجود در لایه مرزی تحت نیروهای برشی قرار می گیرد.هنگامی که جریانی به صورت خارجی روی یک جسم حرکت می‌کند، پدیده‌های بسیاری از دیدگاه مکانیک سیالات اتفاق می‌افتد. واضح است که مشخصه‌های جریان به شکل سطح وابسته هستند. از طرفی اگر شکل جسم را ثابت فرض کنیم، جریان عبوری روی آن به مشخصه‌های خود سیال هم‌چون سرعت، جهت حرکت، چگالی، لزجت و … نیز وابسته خواهد بود.خودرویی در حال حرکت را در نظر بگیرید. واضح است که سرعت ذرات هوای چسبیده به بدنه، برابر با سرعت خودرو هستند. از طرفی اگر به اندازه کافی از خودرو دور شویم، می‌بینیم که هوای اطراف به صورت ساکن قرار گرفته است. بنابراین در نزدیکی مرز جسم، سرعت نسبی هوا و خودرو صفر و در دوردست این سرعت غیر صفر است. در نتیجه در فاصله‌ای بسیار اندک از بدنه خودرو گرادیان سرعت تشکیل می‌شود.به ناحیه‌ای که در آن سرعت سیال تحت تاثیر نیرو‌های برشی قرار گرفته، «لایه‌مرزی» (Boundary Layer) گفته می‌شود. در این ناحیه سرعت سیال متغیر است. هنگامی که جریانی رو سطح به حرکت در می‌آید، در ابتدا لایه‌مرزی به صورت «لایه‌ای» (Laminar) است. هم‌چنین پس از آنکه که جریان بخشی از مرز جامد را طی می‌کند، ضخامت لایه‌مرزی رشد کرده و حرکت سیال ناپایدارتر می‌شود. در این حالت جریان شروع به توربولانس شدن می‌کند. گفتنی است که در ناحیه توربولانس، ذرات سیال به صورت تصادفی حرکت می‌کنند.
دقت کرده این لایه مرزی را به عنوان لایه ای از مایع در حال توسعه در جریانهای بسیار رینولدز عدد Re تعریف می کند ، یعنی با ویسکوزیته نسبتا کم در مقایسه با نیروهای اینرسی. این امر هنگامی مشاهده می شود که اجسام در معرض جریان هوا با سرعت زیاد قرار بگیرند یا بدن بسیار بزرگ بوده و سرعت جریان هوا متوسط ​​باشد. در این حالت ، در یک لایه مرزی نسبتاً نازک ، اصطکاک تنش برشی (نیروی برشی چسبناک):$ τ = η [∂u / ∂y]$ (که η وی ویسکوزیته دینامیکی است ؛ $u = u (y) $- "مشخصات" لایه مرزی جز مولفه سرعت طولی ، نگاه کنید به شکل 1) ممکن است بسیار بزرگ باشد. به ویژه ، در دیواری که u = 0 و$ τw = η [/u / ∂y] w$ است گرچه ممکن است ویسکوزیته نسبتاً کوچک باشد.
می توان نیروهای اصطکاک خارج از لایه مرزی را نادیده گرفت (در مقایسه با نیروهای اینرسی) ، و بر اساس مفهوم پراندل ، دو منطقه جریان را در نظر گرفت: لایه مرزی که اثرات اصطکاک در آن بزرگ است و هسته جریان تقریباً Inviscid. در محوطه ای که لایه مرزی یک لایه بسیار نازک است (δ << L ، جایی که L بعد خطی مشخصی از بدن است که جریان روی آن اتفاق می افتد یا کانال حاوی جریان ، با رشد Re ضخامت آن کاهش می یابد ، تصویر ،
لایه مرزی قطع شده چیست؟
لغزش لایه مرزی به عمل انتقال مصنوعی یک لایه مرزی لایه ای به یک لایه آشفته اشاره دارد. ... از آنجا که لایه مرزی آشفته دارای کشش اصطکاک پوستی بالاتر از یک لایه آرام از همان تعداد رینولدز است ، قطع لایه مرزی ناخواسته نامطلوب است
اثر لایه مرزی چیست؟
لایه مایع ، نزدیک به سطح بدن قرار گرفته در یک جریان متحرک ، که در آن فشار ضربه در نتیجه ویسکوزیته سیال کاهش می یابد. یک شیب سرعت از طریق لایه مرزی وجود دارد ، از سرعت بدن تا سرعت جریان هوای آزاد.
معادلات لایه مرزی
جایی که u = (u، v) سرعت است ، ξ گردابی است ، x یک مختصات موازی با دیوار است ، y یک مختصات معمولی با دیوار است و ν یک ویسکوزیته (کوچک) است.ضخامت های لایه مرزی انواع مختلفی دارند؟
هر یک از انواع اصلی دارای یک نوع فرعی آرام ، انتقالی و آشفته است. دو نوع لایه مرزی از روشهای مشابهی برای توصیف ضخامت و شکل ناحیه گذار با چند مورد استثنایی که در بخش لایه محدود نشده استفاده شده است ، استفاده می کنند.در صفحه صاف ضخامت لایه مرزی در امتداد مسیر جریان رشد می کند بدون اینکه تمایلی به جدا شدن داشته باشد. بنابراین ، ضخامت به تنهایی مقصر نیست.
با این حال ، هنگامی که شیب فشار در جهت جریان مثبت شود (افزایش فشار) ، جریان کند می شود و ضخامت بسیار سریعتر از جریان غیر کاهش دهنده رشد می کند. اکنون وقتی سرعت در سطح به صفر می رسد ، جدایی اتفاق می افتد. درست قبل از جدایی ، شما یک رشد نمایی از لایه مرزی را مشاهده خواهید کرد ، اما این فقط نشانه ای برای جریان کند است که واقعاً مقصر جدایی است.
چه رابطه ای بین لایه مرزی و لیفتینگ ایروفیل وجود دارد؟من فکر می کنم روش بهتر برای قرار دادن "ویسکوزیته" برای بلند کردن ضروری است تا لایه مرزی ضروری. اگر ویسکوزیته نبود ، مایع نمی خواست انحنا ایجاد کند ، منجر به شتاب و کاهش سرعت و در نتیجه کاهش یا افزایش فشار می شود. اختلاف فشار باعث ایجاد نیروی خالص در جهات مختلف می شود. نیروی عادی تا جهت جریان آزاد لیفت است (یا بسته به جهت می تواند لیفت منفی باشد). موازی جریان آزاد ، کشش فشار یا فشار است (بستگی به جهت دارد). لایه مایع نزدیک به سطح به سطح می چسبد و یک تبادل حرکت متوسط ​​با مولکولهای بالای آن منجر به کاهش سرعت جریان و در نتیجه رشد لایه مرزی می شود. لایه مرزی اساساً مفهوم ما از میزان قابل توجه بودن این اثر بالاتر از سطح است. و این همان چیزی است که باعث کشش اصطکاک پوست می شود. از نقطه نظر حرکت سطح از طریق محیط مایع ساکن ، مولکول های سیال در تلاشند تا مانع از حرکت آن در مایع شوند و این نیرو کشش اصطکاک پوست است.
همچنین در رابطه با رابطه بین آسانسور و لایه مرزی ، لایه مرزی شکل ظاهری سطح آئروفیل را تغییر می دهد ، که می تواند تولید بالابر مورد انتظار را تغییر دهد.لایه مرزی مربوط به تولید بالابر است ، اما به طور غیرمستقیم. جریان ورودی نه تنها شکل ایرفویل را می بیند بلکه هوای کند حرکت را در مجاورت هندسه می بیند. این اثر توسط ضخامت جابجایی ثبت می شود ، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است:
فرمول ضخامت جابجایی توسط:
δ ∗ = ∫δ0 (1 − u (x، y) ue (x)) dy
این ضخامت معادل آن است که وقتی به ایرفویل اضافه شود ، اثر لایه مرزی بر جریان خارجی را ضبط می کند.
همانطور که می بینید ، لایه مرطوب ایرفویل + ضخیم تر است ، و همچنین بخشی از انحنای موجود در ایرفویل را از دست داده است. جریان هوا در سمت راست تصویر به سمت پایین نشان داده نخواهد شد ، همانطور که بدون لایه مرزی اتفاق می افتد. مقدار چرخش رو به پایین که توسط جریان هوا تجربه می شود مستقیماً با میزان بالابر تولید شده متناسب است.تصویر
به طور خلاصه ، می توان گفت که لایه مرزی به عنوان یک لایه میانی عمل می کند ، که انحنای ایرفویل را کاهش می دهد و در نتیجه مقدار بالابر ایجاد شده را کاهش می دهد. با کاهش ضخامت لایه مرزی ، این اثر به حداقل می رسد ، و بالابر بیشتری ایجاد می شود.
معادله تکانه لایه مرزی برداشت من از ترمودینامیک پیشرانه توسط فیلیپ هیل و کارل پیترسون است....hope I help you I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260
تصویر

ارسال پست