Может ли стационарный поток иметь точки торможения?

Меня смущает эта идея. Если течение стационарное, то его линии тока неизменны. Возьмем типичный пример аэродинамического профиля: есть (по крайней мере) одна линия тока, которая ударится о переднюю кромку аэродинамического профиля и застопорится. Точка застоя определяется как:

точка в поле течения, где локальная скорость жидкости равна нулю.

введите описание изображения здесь

Теперь мой вопрос: если скорость здесь равна нулю, а частицы жидкости, которые проходят через линию тока, что приводит к точке торможения, имеют ненулевую скорость вверх по течению, куда идут эти частицы жидкости? Поскольку они находятся на линии потока, они должны достичь точки торможения? Разве это не противоречит закону сохранения массы ?

Кроме того, в одном из лекций онлайн-курса по механике жидкости, который я посещаю, показаны линии тока, уходящие от точки застоя . Если скорость в этой точке точно равна нулю (и неизменна, поскольку течение стационарное), то как частицы жидкости могут двигаться в других направлениях?

Я что-то упускаю, просветите меня.

Распространенное заблуждение заключается в том, что частицы воздуха не неподвижны , когда мы говорим, что существует ветер с нулевой скоростью (или воздушный поток), иначе давление упало бы до нуля. Точка торможения представляет собой бесконечно малый объем, в котором скорость воздушного потока равна нулю. Это модель математического определения, а не совсем физическая реальность.
«жидкие частицы, проходящие через линию тока» в стационарном потоке линии тока являются траекториями и частицы не могут их пересекать. Участок между двумя линиями тока в этом случае всегда будет между этими двумя линиями тока.
Ни одна масса не пересекает линии тока. Таким образом, частицы жидкости находятся непосредственно выше и ниже линии тока, заканчивающейся критической точкой.

Ответы (3)

Идея точки застоя является идеализацией. Эта точка бесконечно мала, и частицы воздуха, движущиеся вдоль линии тока, ведущей в нее, будут замедляться на своем пути. Чем ближе они подходят к точке застоя, тем медленнее текут, и в конце концов никогда не достигают точки застоя.

В действительности молекулы воздуха имеют конечный размер, поэтому они текут либо выше, либо ниже линии тока критической точки. Даже если одной частице удастся достичь критической точки и остаться на месте (что теоретически невозможно), небольшое изменение угла атаки смоет ее в следующий момент.

Одна линия тока уходит от задней критической точки, расположенной на задней кромке. Эта точка вдвойне идеализирована, потому что она требует, чтобы невязкий поток имел заднюю точку торможения. Опять же, молекулы, текущие вдоль стенки аэродинамического профиля, будут замедляться давлением точки торможения, чем ближе они будут к задней кромке. Поскольку они прибывают либо выше, либо ниже задней точки торможения, они будут ускоряться, как только пройдут точку наибольшего давления, и будут двигаться выше или ниже линии тока, исходящей из задней точки торможения.

Однако концепция точки торможения действительно полезна для понимания явления потока. На самом деле есть линия (в 3D это плоскость), которая отделяет воздух, который будет течь над крылом, от того, что будет течь под ним. Эта линия меняется в зависимости от угла атаки, и на этом принципе основана простая флюгерная сигнализация сваливания. Как только линия заканчивается ниже флюгера, воздух подталкивает ее вверх, замыкая электрический контакт, который активирует зуммер в кабине.

Передняя кромка самолета с флюгером предупреждения сваливанияЛючок предупреждения о сваливании (небольшая металлическая штука, торчащая из крыла)

Когда вы говорите о задней критической точке, вы имеете в виду критические точки на задней кромке аэродинамического профиля?
Кроме того, чтобы подтвердить то, что я спрашивал. Тогда теоретически невозможно, чтобы постоянный поток имел точку торможения, верно?
@midnightBlue: Да, задняя критическая точка находится на задней кромке. В идеале. Если ваше понимание застойных точек состоит в том, что они собирают молекулы воздуха, которые никогда не выйдут из них, то да, в практической жизни их не существует. Они практически невозможны, но теоретически они вполне живы (но бесконечно малы).
Идеально! Думаю, теперь я начинаю понимать это немного лучше. Вы знаете, какова чувствительность предупредительного флюгера? (внезапное временное локальное изменение угла атаки может вызвать предупреждение о сваливании?). Кроме того, является ли расположение и угол наклона предупредительного флюгера оптимальным выбором? (т. е. при некоторых других условиях, не будет ли лучше разместить сигнальную решетку в другом месте с другим заданным углом?)
@midnightBlue: местоположение и частота являются результатом тестирования. Хочешь какой-то запас, но вещь не должна постоянно слетать. Чувствительность неплохая: порыв ветра при медленном полете может спровоцировать его, но тогда вы можете быть уверены, что крыло в этом месте находится всего в нескольких градусах от сваливания, так что вам лучше увеличить скорость. При хорошей посадке предупреждение прозвучит за несколько секунд до того, как колеса коснутся земли.

Критическая точка в потоке не противоречит закону сохранения массы. Петер Кемпф уже объяснил, что это идеализация, которая помогает понять феномен потока.

Тот факт, что скорость равна нулю в точке вдоль линии тока, не означает, что масса собирается в этой точке. Его можно сравнить со знаком остановки на дороге. Машины подъезжают к знаку, останавливаются и снова подъезжают. Пока между следующими друг за другом автомобилями есть достаточно места, это может быть непрерывный процесс, представляющий устойчивый поток.

Продолжая эту аналогию, точка торможения на переднем крае 2D-профиля подобна Т-образному перекрестку на дороге с односторонним движением. Автомобили, прибывающие на Т-образный перекресток, останавливаются и продолжают движение либо повернув налево, либо направо, и следуют своим путям. Молекулы воздуха достигают точки торможения и продолжают движение оттуда либо вверху, либо внизу профиля.

Скорость – это мгновенное явление. Он существует в точке. (Давайте игнорировать здесь среднюю скорость, нет необходимости обсуждать ее для этого вопроса.) В критической точке скорость равна 0. Однако на расстоянии dx от критической точки жидкость частица снова набирает импульс. Это что-то вроде маятника. В высшей точке его скорость равна нулю, но через дифференциальное время dt он снова восстанавливает свою скорость и начинает двигаться. Вы видите, что жидкие частицы, такие как маятник, нуждаются в стимуле для этого, в случае маятника это гравитация, для жидкой частицы это может быть что угодно, от силы давления до инерции.

Может ли стационарный поток иметь точки торможения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v