Was ist die genaue Ursache der Strömungsablösung in einer viskosen Flüssigkeit?

Nach meinem Verständnis verhindert der nachteilige Druckgradient in Strömungsrichtung, dass die Grenzschicht stromabwärts über einen bestimmten Punkt hinausgeht, und die stromaufwärts gerichtete Strömung kann anschließend nirgendwo hingehen, außer nach oben und vom Körper weg.

Das ist in gewisser Weise richtig. Die Wirkung eines ungünstigen Druckgradienten besteht darin, die Strömung nahe der Körperoberfläche zu verlangsamen. Dies zeigt sich beispielsweise bei Betrachtung der Grenzschichtgleichung in zwei Dimensionen.

Wenn Sie einen stetigen Fluss betrachten und normale Geschwindigkeiten als gering annehmen, können wir durch Inspektion erkennen, dass ein ungünstiger Druckgradient verursacht wird$u$in Stromrichtung abnehmen ($x$) Richtung.

Wie Sie vermutet haben, erfordert die Trennung, dass der Fluss in der Nähe der Grenze stagniert. Darüber hinaus tritt eine Trennung auf, wenn sich die Strömung tatsächlich umkehrt .

Also, kurz gesagt, du hast recht. Jedoch...

Dies ist eine ganz andere kausale Beziehung als die erste Erklärung, wo der Strömung ein ausreichender Druckgradient zur Stromrichtungsnormalen fehlt, um die Zentrifugalkräfte einer gekrümmten Stromlinie zu überwinden.

Die beiden Aussagen sindim Wesentlichen dasselbe - es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, das, was vor sich geht, physikalisch zu beschreiben -, aber ich denke, Sie haben die Kausalität zwischen den beiden gemischt. Die Krümmung eines Körpers und damit die damit verbundenen Stromlinien erhöhen die Widrigkeiten des Druckgradienten entlang dieses Körpers (vorausgesetzt, Sie haben den Punkt des Mindestdrucks überschritten). Es ist also der ungünstige Druckgradient, der letztendlich zur Trennung führt. In einer perfekten Welt, in der es keine Viskosität gäbe, würde sich die Strömung beschleunigen, wenn sie auf den vorderen Teil eines gekrümmten Körpers trifft. Der Druck würde fallen, wenn er die breiteste Stelle des Körpers erreicht, Stromlinien werden zusammen "gequetscht" und die Strömung erreicht eine maximale Geschwindigkeit. Am Achterschiff würde sich die Strömung verlangsamen und der Druck steigen, bis beide ihre stromaufwärtigen Werte erreichen. Es' Ein einfacher Handel zwischen kinetischer Energie (Geschwindigkeit) und potentieller Energie (Druck). In einer echten viskosen Strömung wird ein Teil dieser kinetischen Energie in der wärmeerzeugenden Störung, einer Grenzschicht, dissipiert, so dass bei der Übertragung von kinetischer zurück auf potentielle Energie am Hinterkörper einer gekrümmten Oberfläche nicht genug vorhanden ist kinetische Energie, die Strömung stagniert und kehrt sich um, und Sie erhalten eine Strömungsablösung.

Zur stoßinduzierten Trennung kann ich nichts sagen, da ich in der Hydrodynamik arbeite und mir keine Gedanken über die Kompressibilität mache. Ich bin auch keine Autorität auf diesem Gebiet, also wenn jemand mit meiner Erklärung nicht einverstanden ist, fühlen Sie sich frei zu kritisieren.

In der klassischen Boundary Layer Theory (BTL) von Prandtl aus dem Jahr 1904 aus Navier-Stokes (NS)-Gleichungen werden die Flüssigkeitsteilchen durch einen Druckgradienten angetrieben$dp/dx$. Wenn p mitfällt$x-$Richtung,$dp/dx<0$und wir nennen den Druckgradienten „günstig“. Andernfalls steigt der Druck entlang der Stromlinie, d. h.$dp/dx>0$und wir sagen, der Druckgradient ist „ungünstig“, was in den meisten Fällen ungünstig ist. Im "ungünstigen" Fall wird die Grenzschicht in einem bremsenden Strömungsbereich immer dicker, wächst schnell und kann an der Wand eine langsame Rückströmung entwickeln$du/dn_w=0$,$n_w$ist die Normale an der Wand und die Stromlinie schneidet die Wand an diesem Trennungspunkt.

Es gibt die andere Formulierung, die die Flüssigkeitsbewegungen von Gleichungen beschreibt, die besagt, dass die Flüssigkeitsteilchen der Krümmung der Grenze ohne Trennung folgen$\partial p/\partial n=U^2/R$und tangential trennen, wenn$\partial p/\partial n<U^2/R$, Wo$U$ist die tangentiale Flüssigkeitsgeschwindigkeit, und$R$ist der Radius der Grenze.

Dies hängt eng mit dem GROSSEN mysteriösen Mechanismus der Trennung zusammen, der die Verbindung von Trägheits- und viskosen Effekten sein muss.

Aber zurück zu Ihrer Frage "genaue Ursache für Strömungsablösung in einer viskosen Flüssigkeit". Ich gehe davon aus, dass die Viskosität nicht die einzige Ursache ist.

Außerdem stimme ich der folgenden Aussage nicht zu

Für das technische Verständnis der Strömungstrennung stellt Faltinsen 1990 fest: "Eine Folge der Trennung ist, dass Druckkräfte aufgrund viskoser Effekte wichtiger sind als Scherkräfte. Es besteht einige Verwirrung darüber, was genau mit Trennung in instationärer Strömung gemeint ist ...".