بخشی از پاورپوینت
--- پاورپوینت شامل تصاویر میباشد ----
اسلاید 1 :
جريان لزج در مقابل جريان غير لزج
براي جريانهاي اطراف دوكواره(ايرفويلها)،مثل مقطع بال در شكل 1 نظريه جريان غير لزج ميتواند توزيع فشار و نيروي برا را برجسم به خوبي محاسبه كند و شكل صحيحي از خطوط جريان و ميدان جريان دور از جسم را ارائه دهد. اما چون اصطكاك(تنش برشي) يكي از منابع اصلي نيروي پساي آيروديناميك است، نظريه جريان غير لزج به تنهايي از پيشبيني دقيق كل پسا عاجز است.
شكل 1- تقسيم جريان به دو بخش:
1)لايه مرزي نازك و لزج در جوار سطح جسم،
2) جريان غير لزج بيرون از لايه مرزي
اسلاید 2 :
در مقابل، جريانهاي نيز وجود دارند كه كاملا تحتالشعاع اثرات لزجتاند. مثلا اگر مقطع بال شكل 1 با جريان زاويه بزرگي را بسازد، لايه مرزي تمايل به جدا شدن از سطح بالايي خواهد داشت و دنباله بزرگي در پايين دست شكل ميگيرد. جريان جدا شده در بالاي شكل2 نشان داده شده است و يكي از ويژگيهاي ميدان جريان در اطراف مقطع بال واماندگي است. جريانهاي جدا شده، تمامي سطح، مانند استوانه پايين شكل 2 را در برميگيرد.
در اينجا، جريان در پيرامون وجه جلويي استوانه باز ميشود،
ولي در وجه عقبي از سطح جدا شده، دنباله ضخيمي را در
پايين دست جريان به وجود ميآورد.
جريانهاي شكل 2 نمونههاي از اثرات لزجتاند.
هيچيك از نظريههاي جريانهاي غير لزج به طور مستقل
قادر به پيشبيني آيروديناميك چنين جريانهاي نيستند.
شكل 2- نمونههايي از جريانهايي كه از لزجت تاثير ميپذيرند
اسلاید 3 :
جرياني كه در آن ثابت است، جريان تراكم ناپذير خوانده ميشود. در مقابل جرياني را كه در آن چگالي متغير است تراكمپذير است. جرياني كه واقعا تراكمناپذير باشد، يعني چگالي آن دقيقا ثابت بماند، در طبيعت وجود ندارد. ولي مانند جريانهاي غير لزج، موارد آيروديناميكي بسياري وجود دارند كه ميتوان بدون افت دقت و كيفيت، آنها را تراكمناپذير فرض كرد. مثلا جريان مايعات همگن را تراكمناپذير ميدانند و بنابراين در اكثر مسئلههاي هيدروديناميك چگالي را ثابت فرض ميكنند. همچنين جريان گازها در سرعتهاي كم(عدد ماخ كوچك) اساسا تراكمناپذير است، اگر، ،هميشه با اطمينان ميتوانرا ثابت فرض كرد.
اين حوزه، پرواز تمامي هواپيماهايي بود كه از اولين پرواز برادران رايت در 1903 تا قبل از جنگ جهاني دوم ساخته ميشدند. امروزه نيز اين حوزه، پرواز اكثر هواپيماهاي معمولي كوچك است. لذا دادههاي نظري و تجربي فراواني براي جريانهاي تراكمناپذير موجود است. از طرف ديگر، جريانهاي سرعت بالا(نزديك ماخ 1 و بالاتر) را بايد تراكمپذير فرض كرد، چون در اينجا تغييرات فاحشي خواهد داشت.
اسلاید 4 :
حوزههاي عدد ماخ
از ميان تمامي روشهاي دستهبندي و تشريح جريانهاي آيروديناميكي مختلف، شايد دستهبندي برحسب عدد ماخ رايجترين روش باشد. اگر عدد ماخ موضعي در نقطهاي اختياري از ميدان جريان باشد، طبق تعريف، جريان بهطور موضعي
زير صوتي است اگر
صوتي است اگر
فوق صوتي است اگر
با نگاه همزمان به كل ميدان جريان، چهار حوزه سرعتي را ميتوان برحسب عدد ماخ از هم تشخيص داد.
1-جريان زير صوتي(همه جا ). ميدان جرياني را زير صوتي مينامند كه در تمامي نقاط آن عددماخ كمتر از 1 باشد. از ويژگيهاي جريانهاي زير صوتي، خطوط جريان هموار(هيچ گونه ناپيوستگي در شيب) است(شكل 3الف).
شكل 3الف- جريان زير صوتي
اسلاید 5 :
2-جريان گذر صوتي(تركيبي از حوزههاي و ). اگر زير صوتي ولي نزديك به يك باشد، جريان در بعضي از نقاط ميتواند فوق صوتي شود( ). اين موضوع در شكل 3ب ترسيم شده است، حوزههاي از جريانهاي فوقصوتي در سطوح بالايي و پاييني مقطع بال نشان داده شده كه به موجهاي ضربهاي ضعيفي ختم شدهاند و پس از آن دوباره به حالت زير صوتي باز ميگردد.
شكل 3ب- جريان گذرصوتي با
اسلاید 6 :
بهعلاوه، اگر كمي از يك بيشتر باشد، يك موج ضربهاي در دماغه جلو جسم شكل ميگيرد كه پشت اين موج ضربهاي، همانطور كه در شكل 3ج نشان داده شده، جريان زير صوتي است.
اين جريان زير صوتي سپس به جريان فوق صوتيخفيفي
بسط پيدا ميكند. معمولا امواج ضربهاي ضعيفي در ناحيه
لبه فرار توليد ميشود، كه طبق شكل 1-26ج شبيه
دم ماهياند.
شكل 3ج- جريان گذر صوتي با
جريانهاي شكلهاي 3ب وج داراي ميدانهاي مركب از زير صوتي و فوق صوتياند و ويژگيهاي هر دو اين جريانها را دارند. به همين دليل، اين گونه جريانها را گذر صوتي مينامند. باز به عنوان قاعدهاي تقريبي براي ايرفويلها، جريانهاي گذر صوتي وقتي پديد ميآيند كه عدد ماخ جريان آزاد بين 8/0 تا 2/1 باشد.
اسلاید 7 :
3-جريان فوق صوتي(همه جا ). جرياني را فوقصوتي ميگويند كه در همه نقاط آن عدد ماخ بزرگتر از 1 باشد. از ويژگيهاي خاص جريان فوقصوتي وجود امواج ضربهاي است كه با عبور از آن، خواص جريان و خطوط جريان ناگهان به شكل ناپيوستهاي تغيير ميكنند(بر خلاف تغييرات پيوسته و يكنواخت جريانهاي زيرصوتي). اين موضوع در شكل 3 د براي جريان فوقصوتي در اطراف جسمي نوكتيز نشان داده شده است. جريان در پشت موج ضربهاي مايل فوقصوتي باقي ميماند. امواج انبساتي كه در جريانهاي فوقصوتي رايج هستند نيز نشان داده شدهاند
شكل 3د- جريان فوق صوتي
اسلاید 8 :
4-جريان ابرصوتي(سرعتهاي فوقصوتي بسيار بالا). به گوه شكل 3د برگرديم. فرض ميكنيم زاويه راس گوه مقدار ثابت و معيني است. هر چه عدد ماخ از يك فراتر رود، موج ضربهاي به سطح جسم نزديكتر ميشود. همچنين، قدرت موج ضربهاي افزايش يافته، دما در ناحيه بين موج ضربهاي و جسم (لايه ضربهاي)را افزايش ميدهد. اگر عدد ماخ به اندازهكافي زياد شود، لايه ضربهاي بسيار نازك ميشود و برهمكنشهاي بين موج ضربهاي و لايه مرزي لزج برسطح جسم روي ميدهد. همين طور، اگر لايه ضربهاي به اندازهكافي داغ شود، بعضي واكنشهاي شيميايي نيز در هوا به وقوع ميپيوندد. مولكولهاي اكسيژن و نيتروژن جدا ميشوند، يعني مولكولهاي گاز تجزيه ميشوند.
وقتيكه عددماخ جریان آزادبهقدري زياد شود كه برهمكنشهاي لزج و يا واكنشهاي شيميايي تمامي جريان را فراگيرند(شكل 3 ه) ميدان جريان را ابرصوتي مينامند. آيروديناميك ابرصوتي در بين سالهاي 1955 تا 1970 توجه بسياري را به خود جلب كرد،زيرا وسايل نقليه ورود مجدد به جو با سرعتهاي ماخ 25 (موشكهاي قارهپيما)
و36 (سفينه آپولو) با سطح جو برخورد
ميكردند
شكل 3 ه- جريان ابرصوتي