מקור: שיאופנג ליו, חוזה רוברטו מורטו, וג'יימי דוראדו, המחלקה להנדסת אוירונוטיקה וחלל, אוניברסיטת סן דייגו, סן דייגו, קליפורניה
שכבת גבול היא אזור זרימה דק הסמוך לפני השטח של גוף מוצק השקוע בשדה זרימה. באזור זה, השפעות צמיגות, כגון מתח הגיזה הצמיג, שולטות, ואת הזרימה היא מפגרת בשל ההשפעה של חיכוך בין הנוזל ואת פני השטח מוצק. מחוץ לשכבת הגבול, הזרימה אינה ברורה, כלומר אין השפעות מפזרות עקב חיכוך, מוליך תרמי או דיפוזיה המונית.
תפיסת שכבת הגבול הוצגה על ידי לודוויג פראנדל בשנת 1904, המאפשרת פישוט משמעותי למשוואת Navier-Stokes (NS) לטיפול בזרימה על פני גוף מוצק. בתוך שכבת הגבול, משוואת NS מצטמצמת למשוואת שכבת הגבול, בעוד שמחוץ לשכבת הגבול, ניתן לתאר את הזרימה על-ידי משוואת אוילר, שהיא גירסה פשוטה יותר של משוואת NS.
איור 1. פיתוח שכבת גבול מעל צלחת שטוחה.
המארז הפשוט ביותר להתפתחות שכבת גבול מתרחש על צלחת שטוחה בזווית אפס של שכיחות. כאשר בוחנים את התפתחות שכבת הגבול על לוח שטוח, המהירות מחוץ לשכבת הגבול היא קבועה כך ששיפוע הלחץ לאורך הקיר נחשב לאפס.
שכבת הגבול, המתפתחת באופן טבעי על משטח גוף מוצק, עוברת בדרך כלל את השלבים הבאים: ראשית, מצב שכבת הגבול למינארי; שנית, מצב המעבר, ושלישית, מצב שכבת הגבול הסוער. לכל מדינה יש חוקים משלה המתארים את מבנה הזרימה של שכבת הגבול.
המחקר על הפיתוח והמבנה של שכבת הגבולות הוא בעל חשיבות רבה הן ללימוד תיאורטי והן ליישומים מעשיים. לדוגמה, תורת שכבת הגבולות היא הבסיס לחישוב גרירת חיכוך העור על ספינות, מטוסים ולהבי טורבו-מכונות. גרירת חיכוך העור נוצרת על פני הגוף בתוך שכבת הגבול והיא נובעת מלחץ הגיזה הצמיג המופעל על פני השטח באמצעות חלקיקי נוזלים במגע ישיר איתו. חיכוך העור פרופורציונלי לצמיגות הנוזלים ולשיפוע המהירות המקומי על פני השטח בכיוון הנורמלי של פני השטח. גרירת חיכוך העור קיימת על פני השטח כולו, ולכן היא הופכת להיות משמעותית על פני שטחים גדולים, כגון כנף מטוס. בנוסף, זרימת נוזלים סוערת יוצרת גרירת חיכוך עור רבה יותר. תנועת הנוזלים המקרו-סוערת משפרת את העברת המומנטום בתוך שכבת הגבול על ידי הבאת חלקיקי נוזלים עם תנופה גבוהה אל פני השטח.
הדגמה זו מתמקדת בשכבת הגבול הסוערת מעל צלחת שטוחה, שבה הזרימה אינה סדירה, כגון ערבוב או מערבולת, והתנודות מוחלפות על הזרימה הממוצעת. לפיכך, המהירות בכל נקודה בשכבת גבול סוערת היא פונקציה של זמן. בהדגמה זו, אנמומטריית חוט חם טמפרטורה קבועה, או CTA, ישמשו לעריכת סקר שכבות גבול. לאחר מכן, שיטת תרשים קלאוסר תשמש לחישוב מקדם חיכוך העור בשכבת גבול סוערת.
1. קביעת תגובה דינמית של מערכת חוט חם
מטרת הליך זה היא להבין כמה מהר מערכת האנומטר יכולה להגיב לשינויים אות זרימה. יכולת זו נמדדת על-ידי מדידת תגובת התדר כאשר האות נדלק ונכבה על-ידי החלת גל מרובע.
CTA היה מכויל בסעיף 2 של הפרוטוקול על ידי מדידת המתח של החוט החם במהירויות אוויר שונות. נתונים אלה שימשו לאחר מכן לקביעת הקשר המתמטי בין המשתנה הנמדד, המתח והמשתנה העקיף, מהירות האוויר. ישנן גישות רבות להתאמת הנתונים הניסיוניים ליחסים מתמטיים למהירות, שחלקם מכוסים בנספח. לא...
ההדגמה מראה כיצד להשתמש בחום טמפרטורה קבוע, כלי רב עוצמה המשמש לחקר זרימה סוערת על פני שטח, שבמקרה הספציפי הזה היה צלחת שטוחה. שיטה זו פשוטה ופחות יקרה משיטות אחרות, כגון PIV, PTV ו- LDV, והיא מספקת רזולוציה זמנית גבוהה. היישום של אנמומטריית חוט חם לשכבת גבול סוערת מספק גישה חסכונית וידיים כדי להד...
Skip to...
Videos from this collection:
Now Playing
Aeronautical Engineering
7.1K Views
Aeronautical Engineering
8.0K Views
Aeronautical Engineering
25.9K Views
Aeronautical Engineering
20.6K Views
Aeronautical Engineering
13.0K Views
Aeronautical Engineering
8.6K Views
Aeronautical Engineering
15.9K Views
Aeronautical Engineering
37.5K Views
Aeronautical Engineering
10.6K Views
Aeronautical Engineering
7.6K Views
Aeronautical Engineering
4.8K Views
Aeronautical Engineering
48.2K Views
Aeronautical Engineering
8.4K Views
Aeronautical Engineering
10.0K Views
Aeronautical Engineering
9.0K Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved