Кризис перетаскивания

Коэффициент сопротивления шара падает при высоком Число Рейнольдса (цифра 5 на графике). Эффект возникает при более низких числах Рейнольдса, когда мяч шероховатый (например, мяч для гольфа с ямочками), чем когда он гладкий (например, мяч для настольного тенниса ).

в жидкости . динамика, кризис сопротивления (также известный как парадокс Эйфеля ) - это явление, при котором коэффициент сопротивления внезапно падает как число Рейнольдса. Это было хорошо изучено для круглых тел, таких как сферы и цилиндры. Коэффициент лобового сопротивления сферы будет быстро меняться примерно от 0,5 до 0,2 при числе Рейнольдса в диапазоне 300000. Это соответствует точке, где картина потока меняется, оставляя более узкий турбулентный след. Поведение сильно зависит от небольших различий в состоянии поверхности сферы.

• 1 История
• 2 Пояснение
• 3 Ссылки
• 4 Дополнительная литература
• 5 Внешние ссылки

Кризис сопротивления наблюдал в 1905 году Николай Жуковский, кто догадался, что это парадокс можно объяснить смещением линий тока в разных точках сферы с разными скоростями.

Позже парадокс был независимо обнаружен в экспериментах Густава Эйфеля и Чарльза Морейна. После выхода на пенсию Эйфель построил первую аэродинамическую трубу в лаборатории, расположенной у основания Эйфелевой башни, чтобы исследовать ветровые нагрузки на конструкции и первые самолеты. В серии испытаний он обнаружил, что силовая нагрузка резко снизилась при критическом числе Рейнольдса.

Парадокс был объяснен в теории пограничного слоя немецким специалистом по гидродинамике Людвигом Прандтлем.

Этот переход связан с переходом от ламинарного к турбулентное течение в пограничном слое, прилегающее к рассматриваемому объекту. В случае цилиндрических структур этот переход связан с переходом от хорошо организованного образования вихрей к случайному выбрасыванию сверхкритических чисел Рейнольдса, в конечном итоге возвращаясь к хорошо организованному выделению при посткритическом числе Рейнольдса с возвратом к повышенным коэффициентам силы сопротивления..

Сверхкритическое поведение может быть описано полуэмпирически с использованием статистических средств или сложного программного обеспечения вычислительной гидродинамики (CFD), которое учитывает взаимодействие жидкости и конструкции для данных условий жидкости с использованием моделирования больших вихрей (LES), который включает в себя динамические перемещения конструкции (DLES) [11]. Эти расчеты также демонстрируют важность коэффициента блокировки, присутствующего для интрузивной арматуры в потоке труб и при испытаниях в аэродинамической трубе.

Критическое число Рейнольдса является функцией интенсивности турбулентности, профиля скорости вверх по потоку и пристеночных эффектов (градиентов скорости). Полуэмпирические описания кризиса сопротивления часто описываются в терминах ширины полосы Струхаля, а распространение вихрей описывается широкополосным спектральным содержанием.

1. ^Биркгоф, Гарретт (2015). Гидродинамика: исследование логики, фактов и подобия. Издательство Принстонского университета. п. 41. ISBN 9781400877775.
2. ^Жуковский, Н.Е. (1938). Собрание сочинений Н.Е. Зуковского. п. 72.
3. ^Эйфель Г. Sur la résistance des sphères dans l'air en mouvement, 1912
4. ^Toussaint, A. (1923). Лекция по аэродинамике (PDF). Технический меморандум NACA № 227. с. 20.
5. ^Прандтль, Людвиг (1914). "Der Luftwiderstand von Kugeln". Nachrichten der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen: 177–190. Перепечатано в Tollmien, Walter; Шлихтинг, Германн; Гёртлер, Генри; Ригельс, Ф. В. (1961). Людвиг Прандтль Gesammelte Abhandlungen zur angewandten Mechanik, Hydro- und Aerodynamik. Springer Berlin Heidelberg. DOI : 10.1007 / 978-3-662-11836-8_45. ISBN 978-3-662-11836-8.

[1] Fung, YC, (1960), «Колеблющаяся подъемная сила и сила сопротивления, действующие на цилиндр. в потоке при сверхкритических числах Рейнольдса, J. ​​Aerospace Sci., 27 (11), стр. 801–814.

[2] Рошко А. (1961) «Эксперименты по обтеканию кругового цилиндра при очень высоком числе Рейнольдса», J. Fluid Mech., 10, стр. 345–356.

[3] Джонс, Г.У. (1968) «Аэродинамические силы на неподвижном и колеблющемся круглом цилиндре при высоких числах Рейнольдса», Симпозиум ASME по нестационарному потоку, Отделение инженерии жидкостей., стр. 1–30.

[4] Джонс, Дж. У., Цинкотта, Дж. Дж., Уокер, Р. В. (1969) «Аэродинамические силы на неподвижном и колеблющемся круглом цилиндре при высоких числах Рейнольдса», Отчет НАСА TAR-300, стр. 1–66.

[5] Ахенбах, Э. Хайнеке, Э. (1981) «О вихреобразовании от гладких и шероховатых цилиндров в диапазоне чисел Рейнольдса от 6x103 до 5x106», J. Fluid Mech. 109. С. 239–251.

[6] Шеве, Г. (1983) «О колебаниях силы, действующих на круговой цилиндр в поперечном потоке от докритических до транскритических чисел Рейнольдса», J. Fluid Mech., 133, стр. 265–285.

[7] Кавамура, Т., Накао, Т., Такахаши, М., Хаяси, Т., Мураяма, К., Гото, Н., (2003), «Синхронные колебания кругового цилиндра. в поперечном потоке при сверхкритических числах Рейнольдса », ASME J. Press. Vessel Tech., 125, стр. 97–108, DOI: 10.1115 / 1.1526855.

[8] Здравкович М.М. (1997), Обтекание круглых цилиндров, том I, Oxford Univ. Нажмите. Репринт 2007 г., стр. 188.

[9] Здравкович М.М. (2003), Обтекание круглых цилиндров, т. II, Oxford Univ. Нажмите. Репринт 2009 г., стр. 761.

[10] Бартран, Д. (2015) «Гибкость опор и собственные частоты защитных гильз, устанавливаемых на трубе», ASME J. Press. Весс. Tech., 137, pp. 1–6, DOI: 10.1115 / 1.4028863

[11] Боттерилл, Н. (2010) «Моделирование взаимодействия кабелей с жидкими конструкциями, используемых в строительных конструкциях», докторская диссертация (http://etheses.nottingham.ac.uk/11657/ ), Ноттингемский университет.

[12] Бартран, Д., 2018, «Кризис сопротивления и конструкция защитной гильзы», J. Press. Вес. Tech. 140 (4), 044501, документ №: PVT-18-1002. DOI: 10.1115 / 1.4039882.

• «Моделирование кризиса перетаскивания для сферы с использованием граничных условий трения кожи» (PDF). Проверено 24 октября 2008 г.
• «Обтекание цилиндра: нестабильность сдвигового слоя и кризис сопротивления» (PDF). Проверено 24 октября 2008 г.