بررسی تاثیرات مکش و دمش در لایه های مرزی آرام و درهم
تئوری لایه مرزی، کاربرد خود را بیشتر در محاسبه دراگ پوسته ای به نمایش میگذارد که بر روی یک جسم متحرک درون یک مایع اثر می گذارد. به عنوان چند مثال، میتوان به پدیده دراگ آزمایش شده توسط یک صفحه مسطح در زاویه برخورد صفر، پدیده دراگ درون یک کشتی، یا بال یک هواپیما، و یا درون تیغه های یک توربین اشاره نمود.
جریان لایه مرزی، دارای رفتارهای ویژه ای است که تحت شرایط خاص، جریان در همسایگی بسیار نزدیک به جسم جامد در جهت مخالف ادامه می یابد، که باعث جدائی لایه مرزی از بدنه جسم میشود. این پدیده، معمولا همراه با شکل دهی به جریانهای گردابی کوچک در همسایگی بدنه جسم جامد است. بنابراین، توزیع فشار تغییر می یابد و بطور قابل توجهی با توزیع فشار در حالتی که اصطکاک وجود ندارد، متفاوت است. این انحراف از حالت ایده آل در توزیع فشار، باعث ایجاد حالت دراگ میشود، و محاسبه آن توسط تئوری لایه مرزی قابل انجام است.
تئوری لایه مرزی پاسخهای مناسبی برای سوال زیر بدست آورده است: جسم جامد باید دارای چه شکلی باشد تا حالت جدائی رخ ندهد؟ پدیده جدائی میتواند همچنین در یک جریان داخلی موجود در یک کانال رخ دهد و تنها محدود به جریانهای خارجی سیال عبوری از روی یک جسم جامد نمی شود. همچنین مسائل مربوط به انتقال گرما بین یک جسم جامد و سیالی که در اطراف آن در جریان است، در حیطه تئوری لایه مرزی، و قوانین حاکم بر پدیده های مکش و دمش و دراگ، قابل بررسی است.
تحقیق حاضر در حوزه تاثیرات پدیده های مکش و دمش در لایه های مرزی دارای حالات آرام و درهم می باشد. تئوریهای موجود در حیطه لایه مرزی، دارای محدوده ای بس وسیع است . به جرات، میتوان گفت که بیشتر نتایج موجود، از کارهای پراندتل و همکاران وی در دو دهه نخست قرن بیستم، در حیطه دانش دینامیک سیالات بدست آمده است.
آنچه در پی می آید، نگاهی است به موضوع فوق، و تلاشی است در جهت درک بهتر آنچه در دهه های اخیر در جریان آزمایشها و تجربیات متعدد در لایه های مرزی (بوجود آمده در سیالات جریان یافته حول اجسام جامد) به عنوان نتایج قابل قبول ثبت گردیده اند. از اینرو، میتوان این دانش را بشدت وابسته به تحقیقات تجربی دانست که بسیاری از تقریبهای بکار رفته، در مسیر درک قوانین حاکم بر سیالات دارای حالات دینامیکی متعدد، کار را برای بررسی وقایع موجود در دنیای واقع، کاربردی تر نموده است.
– در بخش نخست، در مسیر جریانـهای آرام، روند کنتـرل لایه مـرزی مورد بررسی قرار گرفته است. در اینجا، در ابتدا روشهای کنترل لایه مرزی را مورد بررسی قرار خواهیم داد که شامل حرکت جداره جامد، شتاب لایه مرزی (پدیده دمش)، پدیده مکش، لایه های مرزی دوگانه که توسط تزریق یک گاز متفاوت بدست می آید، کاربرد روش تهیه شکلهای مناسب یا ایرفویلهای لایه ای برای جلوگیری از رسیدن به حالت جریان درهم، و نیز کاربرد روش خنک سازی دیواره در کنترل لایه مرزی است. سپس، پدیده مکش را در لایه مرزی، از دیدگاه نظری بررسی خواهیم نمود که خود شامل بررسی معادلات اساسی بکار رفته در مورد این پدیده و همچنین بررسی راه حلهای کامل و تقریبی برای حل مسائلی از این دست میباشد.
آنگاه نگاهی خواهیم انداخت به نتایج تجربی در مورد پدیده مکش، شامل افزایش در لیفت و کاهش در دراگ. پس از بررسی مراحل فوق، حالت لایه مرزی دوگانه شامل تزریق یک گاز متفاوت را مطالعه خواهیم نمود. در این قسمت نیز در ابتدا به نتایج نظری بدست آمده شامل معادلات اساسی و راه حلهای کامل و تقریبی موجود و سپس به نتایج تجربی بدست آمده نظر خواهیم انداخت.
– در بخش دوم، اثر مکش را بر حالت جریان گذرا در یک لایه مرزی مورد بررسی، تشریح خواهیم کرد. در اینجا تلاشهای بکار رفته برای جلوگیری از تبدیل جریان سیال به حالت درهم بررسی خواهد شد.
– بخش سوم، لایه های مرزی بوجود آمده در حالت درهم را تحت اثرات مکش و تزریق بررسی خواهد کرد. در اینجا، آرایش بهینه برای ناحیه مکش، و نیز کاربرد تزریق یک گاز سبک با سرعت بالا برای افزایش حداکثر بالابری بررسی شده است.
فهرست مطالب بررسی تاثیرات مکش و دمش در لایه های مرزی آرام و درهم
- بخش ۱- کنترل لایه مرزی در جریان آرام
- روشهای کنترل لایه مرزی
- حرکت جداره جامد
- شتاب لایه مرزی(دمش)
- مکش
- تزریق یک گاز متفاوت(لایه های مرزی دوگانه)
- جلوگیری از رسیدن به حالت جریان درهم، بوسیله تهیه اشکال
- خنک سازی جداره
- مکش لایه مرزی
- معادلات اساسی
- راه حلهای دقیق
- راه حلهای تقریبی
- نتایج تجربی در مورد مکش
- افزایش در لـیـفــت
- کاهش در دراگ
- تزریق یک گاز متفاوت (لایه های مرزی دوگانه)
- معادلات اساسی
- راه حلهای دقیق
- راه حلهای تقریبی
- روشهای کنترل لایه مرزی
- بخش ۲- اثر مکش بر حالت گذرا در یک لایه مرزی
- بخش ۳- لایه های مرزی درهم با مکش و تزریق
- نتیجه گیری