Kann eine stetige Strömung Staupunkte haben?

Die Idee eines Stagnationspunktes ist eine Idealisierung. Dieser Punkt ist unendlich klein, und Luftteilchen, die entlang einer Stromlinie strömen, die in ihn hineinführt, werden auf ihrem Weg langsamer. Je näher sie dem Staupunkt kommen, desto langsamer fließen sie und am Ende kommen sie nie am Staupunkt an.

In Wirklichkeit haben Luftmoleküle eine endliche Größe, sodass sie entweder über oder unter der Staupunktstromlinie fließen. Selbst wenn es ein Teilchen schafft, den Staupunkt zu erreichen und dort zu bleiben (was theoretisch nicht möglich ist), wird es im nächsten Moment durch eine kleine Änderung des Anstellwinkels weggespült.

Eine Stromlinie geht vom hinteren Staupunkt weg, der sich in der Hinterkante befindet. Dieser Punkt ist doppelt idealisiert, weil er eine reibungsfreie Strömung erfordert, um einen hinteren Staupunkt zu haben. Wiederum werden Moleküle, die entlang der Wand des Strömungsprofils strömen, durch den Staupunktdruck verlangsamt, je näher sie an der Hinterkante sind. Da sie entweder oberhalb oder unterhalb des hinteren Staupunktes ankommen, beschleunigen sie nach Passieren des höchsten Druckpunktes und bewegen sich oberhalb oder unterhalb der vom hinteren Staupunkt ausgehenden Stromlinie weiter.

Für das Verständnis von Strömungsphänomenen ist das Konzept eines Staupunktes jedoch sehr hilfreich. Es gibt wirklich eine Linie (in 3D ist es eine Ebene), die die Luft, die über den Flügel strömt, von der trennt, die darunter strömt. Diese Linie ändert sich mit dem Anstellwinkel, und die einfache Stallwarnfahne basiert auf diesem Prinzip. Sobald die Leitung unterhalb der Fahne endet, drückt Luft sie nach oben und schließt einen elektrischen Kontakt, der einen Summer im Cockpit aktiviert.

Stallwarnfahne (kleines Metallding, das aus dem Flügel herausragt)

Ein Staupunkt in einer Strömung widerspricht nicht der Erhaltung des Massengesetzes. Peter Kämpf hat bereits erklärt, dass es sich um eine Idealisierung handelt, die hilft, Strömungsphänomene zu verstehen.

Die Tatsache, dass die Geschwindigkeit an einem Punkt entlang einer Stromlinie Null ist, bedeutet nicht, dass an diesem Punkt Masse gesammelt wird. Sie können es mit einem Stoppschild auf einer Straße vergleichen. Autos kommen am Schild an, halten an und halten wieder hoch. Solange zwischen aufeinanderfolgenden Autos genügend Platz ist, kann dies ein kontinuierlicher Prozess sein, der einen stetigen Fluss darstellt.

Wenn man diese Analogie weiterführt, ist der Staupunkt an der Vorderkante eines 2D-Profils wie eine T-Kreuzung auf einer Einbahnstraße. Autos, die an der T-Kreuzung ankommen, halten an und biegen entweder nach links oder rechts ab und folgen ihren Wegen. Luftmoleküle kommen am Staupunkt an und wandern von dort entweder oben oder unten am Profil entlang.

Geschwindigkeit ist ein augenblickliches Phänomen. Es existiert an einem Punkt. (Ignorieren wir hier die Durchschnittsgeschwindigkeit, es ist nicht notwendig, dass wir sie für diese Frage diskutieren.) Am Stagnationspunkt ist die Geschwindigkeit 0. In einem Abstand dx vom Stagnationspunkt ist die Flüssigkeit jedoch Teilchen gewinnt wieder an Schwung. Es ist wie ein Pendel. Am höchsten Punkt ist seine Geschwindigkeit Null, aber nach einer Differenzzeit dt gewinnt er wieder seine Geschwindigkeit und beginnt sich zu bewegen. Sie sehen, Flüssigkeitsteilchen wie ein Pendel brauchen dazu einen Stimulus, im Fall des Pendels seine Schwerkraft, für ein Flüssigkeitsteilchen kann es alles sein, von einer Druckkraft bis zu Trägheit