بخشی از مقاله
خلاصه
مطالعات گسترده اي پیرامون لایه مرزي حول موانع مستغرق انجام شده است. تغییرات ضریب درگ و به تبع آن نیروي درگ حائز اهمیت است. به طور کلی کاهش درگ به عمل متقابل بین سیال و جسم نسبت داده می شود. همچنین موجب جدایی جریان و تغییر فاز از لایه آرام به لایه آشفته می شود. سطح آزاد سیال باعث تقویت جریان هاي ثانویه شده، همچنین نوسانات سرعت عمودي را کاهش می دهد. لایه مرزي متاثر از پارامترهایی همچون زبري سطح، تنش برشی و عدد رینولدز می باشد. مطالعه هر چه بیشتر لایه مرزي در اطراف موانع مستغرق حائز اهمیت است. این مقاله ویژگی هاي لایه مرزي با حضور مانع در مسیر جریان، را بررسی کرده است. براي حل عددي مسئله از روش تفاضلات محدود استفاده گردید. همچنین ضرایب پسا در هر مقطع براي پروفیل هاي سرعت محاسبه گردیده است.
مقدمه
گذر جریان از روي موانع مسیر، موجب شکل گیري جدایی جریان در پایین دست مسیر جریان خواهد شد. در این صورت می توان لایه مرزي آشفته را روي موانع بررسی کرد. در مسائل عملی، گسترش دوباره خصوصیات لایه مرزي، بسیار مفیداست. گوپتا - Gupta,1980 - مسئله محاسبه لایه هاي مرزي را بررسی کرد. همچنین لزوم مطالعه جزئیات مسئله را متذکر گردید. کرامر - - Kramer,1975 نتایج آزمایشات کلاسیک بر روي سطوح مستغرق با زبري مشخص و انعطاف پذیر را گزارش کرد. نتایج کار وي حاکی از کاهش نیروي پسا روي سطوح انعطاف پذیر بوده است.
به طور کلی کاهش درگ در سطح انعطاف پذیر به عمل متقابل بین سیال و جسم انعطاف پذیر نسبت داده می شود. همچنین موجب جدایی جریان و تغییر فاز از لایه آرام به لایه آشفته می شود. این مساله توسط بسیاري از محققان اثبات گردیده است - لاندهال - Landhal,1961 - ، بنجامین - Benjamin,1964 - ، کاپلان - Kaplan,1964 - ، جورجی فالوي - Gyorgyfalvy,1967 - ، بابنکو و کاسلاو - Babenko and Kozlov,1973 - ، کارپنتر و گاراد - -1985 - - Carpenter and Garrad,1986 نشان دادند بعضی از سطوح انعطاف پذیر موجب افزایش عدد رینولدز بحرانی می شوند. مطالعات گسترده اي پیرامون لایه مرزي حول موانع مستغرق انجام شده است - ابو شارخ 2000 - و. - - Abu Sharekh,1991 این تحقیق لایه مرزي را حول airfoil متقارن دو بعدي و اجسام متقارن سه بعدي با سطوح سخت و انعطاف پذیر را بررسی کرده است. همچنین ویژگی هاي لایه مرزي مغشوش را که ناشی از حضور مانع مستغرق در جریان است را بررسی کرده است.
مسئله تحلیلی
عبور جریان یکنواخت از روي صفحه مسطح مستغرق، ساده ترین مساله مربوط به تشکیل و بررسی لایه مرزي است. سطح آزاد سیال موجب تقویت جریان هاي ثانویه شده، همچنین نوسانات سرعت عمودي را کاهش می دهد. این تغییرات به همراه سرعت جریان اولیه باعث گسترش لایه مرزي می شود. ذرات سیال در لایه مرزي به آرامی توسط تنش برشی حرکت می کنند و گرادیان فشار در این حالت صفر است - Abu 1991 . - Sharekh, حال می توان تاثیرات ناشی از تغییرات فشار، بخاطر وجود موانع را، براي سطح مسطح بررسی کرد. بطور معمول، اندازه فشار در راستاي جریان کاهش می یابد - یعنی، وقتی که سرعت سطح آزاد جریان U نسبت به x افزایش می یابد، آنگاه - p / x 0 و تمایل به بی اثر کردن ذرات سیال در لایه مرزي دارد.
وقتی این حالت رخ می دهد که شرایط لازم براي جدایی جریان مهیا باشد. براي روشن شدن مطلب، جریان با سطح مقطع متغیر مانند شکل 1 در نظر بگیرید. منطقه بیرون لایه مرزي به سه ناحیه تقسیم می شود، مقدار سرعت وقتی که جریان شتاب می گیرد - ناحیه - B اندازه سرعت ثابت است - ناحیه - C، وقتی که شتاب جریان کم می شود - ناحیه . - D مطابق با این موارد تغییرات فشار به ترتیب دلخواه، صفر و معکوس است. از توضیحات فوق، نتیجه می گیریم جدایی در ناحیه Bو C اتفاق می افتد ولی می تواند در ناحیه D رخ دهد. آیا می توان از جدایی جریان در موارد مشابه جلوگیري کرد؟ به عبارت دیگر، می توان جدایی جریان را حذف نمود اگر به اندازه کافی مقدار تغییرات معکوس فشار را کاهش دهیم. در پایان متذکر می شویم، جدایی جریان وقتی تغییرات فشار معکوس است رخ می دهد.
