Сопротивление трения больше или меньше в ламинарном пограничном слое по сравнению с турбулентным пограничным слоем?
На этой странице википедии написано :
Ламинарная граница представляет собой очень гладкое течение, тогда как турбулентный пограничный слой содержит завихрения или «водовороты». Ламинарный поток создает меньше сопротивления поверхностного трения, чем турбулентный поток, но менее стабилен.
Но на другой странице сказано так:
Обтекание тела может начинаться как ламинарное. Когда жидкость течет по поверхности, напряжения сдвига внутри жидкости замедляют дополнительные частицы жидкости, вызывая увеличение толщины пограничного слоя. В какой-то момент по направлению потока поток становится неустойчивым и становится турбулентным. Турбулентный поток имеет флуктуирующий и нерегулярный характер течения, что проявляется в образовании вихрей. По мере роста турбулентного слоя толщина ламинарного слоя уменьшается. Это приводит к более тонкому ламинарному пограничному слою, который по сравнению с ламинарным потоком снижает величину силы трения при обтекании объекта жидкостью.
Так какое правильное утверждение?
Вы сосредотачиваетесь на трении кожи. Это всего лишь один компонент паразитного сопротивления, которое, в свою очередь, является лишь одним из компонентов полного сопротивления объекта. Вам нужно рассмотреть все аспекты перетаскивания, и они сильно различаются в зависимости от формы объекта, текстуры поверхности и скорости.
Мяч для гольфа имеет ямочки, потому что трение кожи является небольшой составляющей сопротивления тупых предметов. Сопротивление формы (сопротивление давления) преобладает над трением кожи в случае мяча для гольфа. Рассмотрим мяч для гольфа без вмятин. Поток остается ламинарным на значительной части гладкого шара вплоть до момента, когда поток отделяется от шара. Это разделение происходит рано в гладком мяче, что приводит к довольно большому сопротивлению формы. Теперь рассмотрим мяч для гольфа с ямочками. Углубления делают течение турбулентным почти по всей поверхности. Это, в свою очередь, перемещает точку разделения в направлении задней части шара. Кожное трение несколько увеличивается, но сопротивление давлению значительно меньше у мяча для гольфа с ямочками по сравнению с мячом без ямочек. Общее сопротивление мяча с ямочками намного меньше, чем мяча без ямочек.
Теперь рассмотрим крыло. Крыло — это что угодно, только не тупой предмет. Сопротивление формы по своей конструкции вносит незначительный вклад в общую силу сопротивления. Трение обшивки гораздо важнее для крыла, поэтому конструкция, которая поддерживает ламинарный поток, выигрывает у конструкции, которая приводит к турбулентному потоку.
Турбулентный поток дает большее (добавлено как РЕДАКТИРОВАНИЕ LOCAL) сопротивление трения при прочих равных условиях . Впрочем, список «прочих вещей» довольно длинный. Когда турбулентность действительно увеличивает трение, основной механизм заключается в том, что турбулентное перемешивание внутри пограничного слоя перемещает быстро движущийся воздух вниз к поверхности, создавая больший градиент скорости (и, следовательно, большее трение) на поверхности.
Было предпринято много попыток сконструировать самолет, крылья которого будут поддерживать ламинарный поток, и это возможно сделать в идеальных условиях, когда поверхность крыла может оставаться чистой и гладкой. В некоторых предложениях пограничный слой удаляют, всасывая его через поверхность, что требует, чтобы всасывающие отверстия оставались открытыми. В реальном мире есть насекомые, грязь и капли дождя, которые способствуют турбулентности. Как правило, в дополнение к эффективности потока вы хотите, чтобы он был предсказуемым и воспроизводимым, поэтому вы можете предпочесть турбулентный поток.
ДОБАВЛЕНО (ЧАСТИЧНЫЙ СПИСОК "ДРУГИХ ВЕЩЕЙ", ДОЛЖЕН ПРИНИМАТЬСЯ ВО ВНИМАНИЕ)
Градиенты давления вне пограничного слоя. Шероховатость поверхности, кривизна поверхности, дивергенция потока, теплообмен, массоперенос, структурная вибрация, шум. Температура.
ПРИЧИНЫ ПРЕДПОЧИТАТЬ ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ
Чтобы отсрочить разделение, способствовать смешению, избежать неопределенности.
пользователь167453
С.Серпушан
Дэвид Хаммен