thumb|300x300px| Odvajanje strujanja zraka od krila pod velikim napadnim uglom
U dinamici fluida, odvajanje strujanja ili odvajanje graničnog sloja je odvajanje graničnog sloja od površine u trag.White (2010), "Fluid Mechanics", Section 7.1 (7th edition) Granični sloj postoji kad god postoji relativno kretanje između fluida i čvrste površine s viskoznošću prisutnim u sloju fluida blizu površine. Strujanje može biti izvana, oko tijela, ili unutar, u zatvorenom prolazu. Granični slojevi mogu biti laminarni ili turbulentni. Razumna procjena hoće li granični sloj biti laminaran ili turbulentan može se napraviti izračunavanjem Reynoldsovog broja lokalnih uvjeta strujanja. Odvajanje se događa u strujanju koje se usporava, s porastom pritiska, nakon prolaska najdebljeg dijela tijela strujnice ili prolaska kroz prošireni prolaz, naprimjer. Tučenje protiv rastućeg pritiska poznato je kao strujanje u nepovoljnom gradijentu pritiska. Granični sloj se odvaja kada je prešao dovoljno daleko u nepovoljnom gradijentu pritiska da se brzina graničnog sloja u odnosu na površinu zaustavila i promijenila smjer.Anderson, John D. (2004), Introduction to Flight, Section 4.20 (5th edition)L. J. Clancy (1975) Aerodynamics, Section 4.14 Tok se odvaja od površine i umjesto toga poprima oblike vrtloga i vrtloženja. Fluid vrši konstantan pritisak na površinu nakon što se odvoji, umjesto kontinuirano rastućeg pritiska ako je još uvijek vezan.Fundamentals of Aerodynamics 5th edition, John D. Anderson, Jr. 2011, , Figure 4.46 U aerodinamici, separacija toka rezultira smanjenim uzgonom i povećanim otporom pritiska, uzrokovanim razlikom pritiska između prednje i zadnje površine objekta. To uzrokuje udaranje konstrukcija aviona i kontrolnih površina. U unutrašnjim prolazima separacija uzrokuje zastoj i vibracije u lopaticama mašina i povećane gubitke (nižu efikasnost) u usisnicima i kompresorima. Mnogo truda i istraživanja uloženo je u dizajn aerodinamičkih i hidrodinamičkih površinskih kontura i dodanih karakteristika koje odlažu separaciju toka i održavaju tok što je duže moguće. Primjeri uključuju krzno na teniskoj loptici, udubljenja na loptici za golf, turbulatore na jedrilici, koji izazivaju rani prijelaz u turbulentni tok; generatore vrtloga na avionu.
Nepovoljni gradijent pritiska thumb|300x300px| Grafički prikaz profila brzine u graničnom sloju. Posljednji profil predstavlja obrnuti tok koji pokazuje odvojeni tok.
Okretanje toka je prvenstveno uzrokovano nepovoljnim gradijentom pritiska koji nameće graničnom sloju vanjski potencijalni tok. Jednačina impulsa u smjeru strujanja unutar graničnog sloja je približno izražena kao
gdje su su koordinate u smjeru strujanja i normalne koordinate. Negativni gradijent pritiska je kada , što se onda može vidjeti kao uzrok brzine smanjivanja i moguće ići na nulu ako je nepovoljni gradijent pritiska dovoljno jak.Balmer, David (2003) Separation of Boundary Layers , from School of Engineering and Electronics, University of Edinburgh
Parametri koji utiču Tendenca graničnog sloja da se odvoji prvenstveno zavisi od raspodjele negativnog ili negativnog gradijenta brzine na ivici duž površine, što je zauzvrat direktno povezano s pritiskom i njegovim gradijentom diferencijalnim oblikom Bernoullijeve relacije, što je isto kao i jednačina impulsa za vanjski neviskozni tok.
Ali opće veličine Energija potrebna za separaciju je mnogo veća za turbulenciju nego za laminarni tok, pri čemu prvi može tolerirati gotovo za red veličine jače usporavanje toka. Sekundarni utjecaj je Reynoldsov broj. Za dati nepovoljni distribucije, otpor odvajanja turbulentnog graničnog sloja se neznatno povećava s povećanjem Reynoldsovog broja. Nasuprot tome, otpor odvajanja laminarnog graničnog sloja je neovisan o Reynoldsovom broju - što je donekle kontraintuitivna činjenica.
Unutrašnje odvajanje thumb|500x500px| Shema razdvajanja unutrašnjeg graničnog sloja Do razdvajanja graničnog sloja može doći kod unutrašnjih tokova. Može biti rezultat uzroka kao što je brzo širenje kanala cijevi. Razdvajanje se javlja zbog nepovoljnog gradijenta pritiska koji se javlja dok se tok širi, uzrokujući prošireno područje odvojenog toka. Dio toka koji razdvaja recirkulirajući tok i tok kroz središnji dio kanala naziva se razdjelna strujnica.Wilcox, David C. Basic Fluid Mechanics. 3rd ed. Mill Valley: DCW Industries, Inc., 2007. 664-668. Tačka u kojoj se razdjelna strujnica ponovo spaja sa zidom naziva se tačka ponovnog spajanja. Kako tok ide dalje nizvodno, on na kraju postiže ravnotežno stanje i nema povratnog toka.
Efekti odvajanja graničnog sloja Kada se granični sloj odvoji, njegovi ostaci formiraju sloj smicanjahttps://www.aps.org/units/dfd/resources/upload/prandtl_vol58no12p42_48.pdf, Fig 3 i prisustvo odvojenog područja strujanja između sloja smicanja i površine modificira vanjski potencijalni tok i polje pritiska. U slučaju aeroprofila, modifikacija polja pritiska rezultira povećanjem otpora pritiska, a ako je dovoljno ozbiljna, rezultirat će i zastojem i gubitkom uzgona, što je sve nepoželjno. Kod unutrašnjih tokova, odvajanje toka dovodi do povećanja gubitaka toka i fenomena tipa zastoja kao što je udar kompresora, oba neželjena fenomena.Fielding, Suzanne. "Laminar Boundary Layer Separation." 27 October 2005. The University of Manchester. 12 March 2008 <https://community.dur.ac.uk/suzanne.fielding/teaching/BLT/sec4c.pdf>
Drugi efekat odvajanja graničnog sloja su regularni vrtlozi koji se odvajaju, poznati kao Kármánova vrtložna ulica. Vrtlozi se odvajaju od površine nizvodno od litice strukture frekvencijom koja zavisi od brzine protoka. Odvajanje vrtloga proizvodi naizmjeničnu silu koja može dovesti do vibracija u strukturi. Ako se frekvencija odvajanja poklapa sa rezonantnom frekvencijom strukture, to može uzrokovati strukturni kvar. Ove vibracije mogu se uspostaviti i reflektovati na različitim frekvencijama na osnovu njihovog porijekla u susjednim čvrstim ili fluidnim tijelima i mogu ili prigušiti ili pojačati rezonancu.
Također pogledajte Teorija trostrukih paluba Aerodinamika D'Alembertov paradoks Magnusov efekat
Fusnote
Reference Anderson, John D. (2004), Introduction to Flight, McGraw-Hill. . L. J. Clancy (1975), Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London .
Vanjski linkovi
Aerospaceweb-Golf Ball Dimples & Drag Aerodynamics in Sports Equipment, Recreation and Machines – Golf – Instructor Marie Curie Network on Advances in Numerical and Analytical Tools for Detached Flow Prediction
Kategorija:Granični slojevi Kategorija:Dinamika fluida