BOUNDARY LAYER SEPARATION - infistream

BOUNDARY LAYER SEPARATION

Boundary layer separation. Lapisan batas menyediakan sumber utama vortisitas bagi turbulensi seperti yang dibahas dalam Bagian 6.4. Lapisan batas terlepas dari batas ketika mencapai ujung permukaan atau melalui pemisahan sebelum mencapai ujung. Vortisitas dan turbulensi dengan demikian terbawa ke dalam daerah fluida yang menjauh dari batas padat.

Aliran sekitar silinder mengilustrasikan pemisahan lapisan batas, vortisitas, dan turbulensi. Fluida mengalir pada kecepatan seragam hulu silinder. Aliran melambat menjadi stagnasi, 𝓊𝓍=0, di titik A pada permukaan (ke arah normal −𝓍).

Tekanan tinggi di A memperkenalkan gradien tekanan yang menguntungkan yang meningkatkan kecepatan aliran di sekitar silinder menuju B, mengembangkan lapisan batas dalam prosesnya.

$PICT\relax \special {t4ht=$

Aliran mencapai kecepatan puncak di B, kemudian melambat di sisi hilir dari silinder. Gradien tekanan yang merugikan 𝜕𝜌∕𝜕𝜃>0 menyebabkan 𝔲𝜃 menurun. Pada suatu titik C, gradien kecepatan dapat mencapai 𝜕𝔲𝜃∕𝜕𝑟=0. Di luar C, lapisan batas dapat terpisah sehingga 𝔲𝜃<0 sepanjang profilnya, lihat titik D.

Pemisahan lapisan batas pada sebuah silinder tergantung pada bilangan Reynolds 𝑅𝑒, Persamaan (2.68), menggunakan 𝐿=𝐷 dan 𝑈=𝔲∞ dan . Untuk 𝑅𝐸<5 ,tidak ada pemisahan, dengan aliran menunjukkan pola di belakang yang mencerminkan aliran di hulu.6

Untuk 5<𝑅𝑒<40,lapisan batas memisahkan dengan vortisitasnya mempertahankan sepasang pusaran yang terhubung ke bagian belakang silinder.

$PICT\relax \special {t4ht=$

Pada bilangan Reynolds tertentu 𝑅𝑒≈100 ,vortisitas dilepaskan ke hilir sebagai pusaran terlepas dari silinder secara periodik yang dikenal sebagai Kármán vortex street, seperti yang ditunjukkan di atas.

Pada bilangan Reynolds yang lebih tinggi 𝑅𝑒≈400 ,vortisitas mulai menjadi kacau, dengan turbulensi mulai muncul dalam pusaran. Pada bilangan Reynolds yang lebih tinggi lagi 𝑅𝑒≈ 10(5) seluruh wilayah wake menjadi turbulen.

Frekuensi pelepasan pusaran ditandai oleh sebuah bilangan tak berdimensi lainnya dari Persamaan (2.68), yaitu bilangan Strouhal 𝑆𝑟.Untuk bilangan Reynolds tertentu 200<𝑅𝑒<10(5) eksperimen menunjukkan 𝑆𝑟≈0,2 di mana Τ adalah periode di mana pola pusaran berulang.