Вопросы на понимание основ, число Рейнольдса

GreenGo

На малых числах Re только эксперимент дает правильные результаты.
На числах больше 100000, довольно точно считает программа XFLR5.
В интернете есть статьи по использованию турбулизаторов на моделях, нет необходимости углублятся в теорию для получения хорошего результата.

Nicholas

Насколько я понял, автор статьи должен быть жив и здоров, поэтому шанс есть Ж)

За ссылку на программу спасибо.

Погуглив и поспрашивав еще немного, пришел к выводу, что теория это интересно, но ньансов так много, что лучше всего найти несколько оптимальных соотношений “толщины профиля (плосковыпуклого)/нагрузки на крыло/скорости/мощности” для вышедшего на крейсерскую скорость тихохода, полученных эмпирически.

Хотя нагуглить их как нечто целое пока не удается.

С уважением,
Николай.

GreenGo
Nicholas:

Хотя нагуглить их как нечто целое пока не удается.

Программа которую я посоветовал, она очень хорошая если правильно задавать ей вопросы.
Лучше все таки не спешить и почитать хорошие книги, чем гуглить.
Я бы посоветовал: Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии. Карман Т
И по моделям БолонкинА Теория полета летающих моделей

Nicholas

GreenGo:

Спасибо за ссылки - как раз для моего уровня - очень популярно, но с формулами.

С уважением, Николай.

Nicholas

> 2. Так или иначе, я получил число Рейнольдса - что надо с ним сделать, что бы понять где поток оторвется ?
> Зависит ли он от профиля ?

Нашел ответ на вопрос, оказалось очень просто (если правильно понял):

rosinmn.ru/vetro/Re/Re.htm
" Существует критическое значение числа Рейнольдса ReK. [Если Re] Меньше этого значения [ReK ] сопротивление крыла велико, а подъемная сила мала. Выше этого значения сопротивление в несколько раз падает, а подъемная сила в несколько раз возрастает.

Для плоской пластины это [ReK] значение равно 10 000,
для обычных крыльев (профилей) в районе 50 000 – 100 000,
для толстых крыльев - до 150 000,
для шара - 410 000.

Эти цифры приведены для плавно текущего (ламинарного) потока. Если в воздухе присутствуют многочисленные мелкие вихри (повышенная турбулентность воздуха), то критическое значение числа Рейнольдса понижается. Может понизиться даже в три раза. Насекомые, летающие при малых числах Рейнольдса, имеют жесткие ворсинки на передней части крыла. Эти ворсинки создают искусственную турбулентность, и вследствие этого повышают подъемную силу."

С уважением,
Николай.

GreenGo
Nicholas:

Нашел ответ на вопрос

В книге БолонкинаА тоже самое написано, но более подробно. Это еще не все объяснение, при больших углах атаки срыв все равно происходит и его начало и развитие зависит и от Re и от пограничного слоя.

Я уже подумал, что требуется простое объяснение в картинках:)

Nicholas

Спасибо за ссылки на книги.

Правда не всегда удается найти в них ответы - то ли я такой неподготовленный читатель, то ли в те времена они сами еще не совсем ясно понимали…

В частности, вчера пытался найти в книге Karman T. Ajerodinamika.djvu критическое Re - нашел только общие рассуждения о том, что таковое есть.

Возник еще один вопрос “на понимание”:

Если есть бесконечная хорда-синусоида, в доль которой идет поток воздуха (ламинарный. с низкой начальной турбулентностью) - при какой “толщине” синусоиды (в % от длины сегмента) присоединенный слой воздуха не будет отрыватся на 10,15,30 м/с?

С уважением,
Николай.

butt

прочитал вопросы и ответы,задумался если человек ничего не понимает в аэродинамике,зачем задавать вопросы из той области где профан.

GreenGo
butt:

если человек ничего не понимает в аэродинамике

Все когда то начинали.

Nicholas:

Правда не всегда удается найти в них ответы

Выводы там есть и у Болонкина и Шмитца: Желательно использование Re больше 150000. При меньших значениях использовать турбулизаторы.
Не использовать толстые профили и крыло с большим сужением. Там есть и выбор профиля под требуемое Re, размер и положение турбулизатора.

А для чего эта теоретическая синусоида?

Nicholas

> А для чего эта теоретическая синусоида?

Что бы понять природу явления.

Скорость, при которой присоединенный слой не отрывается на определенной синусоиде (при вязкости 0,000015), демострирует что-то важное.

С уважением,
Николай.

Mikele_P
Nicholas:

> А для чего эта теоретическая синусоида?
Что бы понять природу явления.

Теория для наших малых числе Рейнольдса, действительно очень тяжела, т.к. в большей мере играет роль вязкость среды, которая и от температуры и от влажности и от прочих “фаз луны” сильно меняется. По этому даже на XFLR5 можно слегка прикинуть результат. Да оно и не нужно так точно. 😃

Nicholas:

Скорость, при которой присоединенный слой не отрывается на определенной синусоиде (при вязкости 0,000015), демострирует что-то важное.

Извините, Что-то не совсем понял про синусойду… В терии проектирования самолетов (читал не помню уже где) берется в расчет поляра _конченого_ крыла рассчитанная из поляры профиля. И при том минимальная скорость полета высчитывается только для режима посадки, исходя из 0.8 от максимального коэффициента подъемной силы. (Могу по-понятнее и по-подробнее, как это делать, только пока оно не надо. 😃 см. ниже.) И еще, учитывать, что подъемная сила состоит из двух: собственно подъемной силы, короая при обтекании, и силы раккции опоры, это когда крыло после срыва плошмя через воздух пропихивают.

Давайте зайдем с другой стороны. На сколько я понял, вы хотите небесный тихоход. В общем случае, чем меньше нагрузка на крыло (Вес самолета деленный на площадь крыла), тем ниже скорость сваливания. Например, зальники F3P с нагрузкой 5-15 гр/дм2 даже на плоских крыльях летают медленно.
Т.е. (опять же из той же литературы) начать нужно с технического задания: Что именно вы хотите получить. Какой вес в полете, какую минимальную скорость и т.д. А уже из этого исходя и решать задачу с профилями, обтеканием и т.д.
Но самое смешное, что похожие модели и летают схоже. Например, у меня после десятка полных аэродинамических расчетов для разных моделей выработался определенный стереотип для размеров и геометрии.
Т.е. еще разок: Ставьте задачу по-четче – будет и ответ.

Кстати, число Рейнольдса тоже показывает, в какой мере на данной скорости играют роль силы вязкости (поток прилип к крылу сам), а в какой инерции частиц воздуха (воздух не успел “убежать” с места при вхождении в него тела)

И еще про самый первый пост… В расчетах Re = 68 000 и Re = 72 000 различаются не сильно. Поэтому и приближенная формула вполне годится для оценки срывных качеств.

Да и вообще, уже тема подобная была. 😃 rcopen.com/forum/f7/topic165886

Nicholas

Mikele_P:

> Извините, Что-то не совсем понял про синусойду…

Это не практический вопрос, мне гораздо интереснее сначала разобраться.

Задал этот вопрос на другом форме и попробовал сформулировать идею:

Обычные профили расчитанны на различные углы атаки, а если обдуть “профиль” у которого верхняя часть “стиральная доска”, а нижняя - плоская ( на нулевом углу), возможно будет подобрать скорость при которой ламинарный поток не будет отрываться бесконечно долго ?

Есть подозрение, что у нормального профиля может быть широкий диапазон рабочих скоростей, а в приведенном примере - только один пик, на котором появится хороший Cy. Такое возможно ?

То есть, задача прямо противоположна практической (одна скорость, один угол), исключительно на понимание.

С уважением,
Николай.

CrazyElk

>>Что бы понять природу явления.
Nicholas - природу вы так не поймете. Можете посчитать все дальнейшее бесполезными умствованиями но для начала осознайте что все что вы рассматриваете это свойства МОДЕЛЕЙ обтекания, а не доподлинная природа явления. И выбор той или иной модели корректной и достаточно точной при тех или иных условиях это основа дальнейшего корректного заключения или анализа.

По поводу числа Рейнольдса и его магии - есть такой раздел в физике - теория подобия. Вот из этой теории в процессе обезразмеривания одной из моделей обтекания и появляется это самое число и его “магия”.

Подобие по Re для профиля означает не более чем - до тех пор пока можно применять модель обтекания в безразмерном виде которой единственным параметром подобия служить Re то у всех профилей/тел подобных согласно выбранной модели явления наблюдаемые при одинаковом значении Re подобны. Если у одного из этих согласно модели обтекания подобных профилей при таком то значении Re произошел отрыв погран слоя то у остальных в рамках этой модели ему подобных в подобном месте произойдет подобный отрыв при таком же значении Re. Изменятся условия, выйдите за границы применимости модели и в результате казалось бы подобные профили в подобных условиях (одинаковое Re ) дадут совершенно разные результаты .

Так что всегда вопрос встает о рамках применимости той или иной модели и необходимости учета для конкретных целей тех или иных слагаемых. И чем больше вы учитываете вводя в модель тем больше магических чисел появляется. Если станет значительным и заметным нестационарность движения появится подобие по числу Струхаля, подберетесь к заметному влиянию сжимаемости welcome число Маха, вылетели в заметно разряженную атмосферу (на границу применимости модели сплошной среды) число Кнудсена тут как тут. Для моделей все эти числа скорее “сферические кони” но знать о существовании этих коней полезно.

Так что не надейтесь что в этом мире все определяется Re и только Re. Конечно для модельных условий с достаточной точностью для оценки это основной критерий подобия. И по величине Re можно о многом сказать. Но вот доподлинно ПРИРОДУ явления опираясь только на Re это вы махнули. Так что забудьте по сферического коня в вакууме в виде бесконечных синусоид обтекаемых с непонятно какой скоростью (а вдруг транс звуковой 😃 ) и неизвестно какой средой (а что если это разряженный газ с длиной пробега молекулы порядка периода и амплитуды синусоиды) и смотрите на проверенные практики по оценке итоговых параметров интересных вам агрегатов. Можно как инженер. Беря готовые методики и программы не в даваясь почему в этих условиях пользуются этими формулами или программами - можно как физик исследователь пытаясь понять/придумать/построить математическую модель среды и корректно упростить ее для своих условий.

WBR CrazyElk

P.S. Совет берите инженерные методы - так результат в виде параметров модели получите быстрее. На вопрос “почему?” инженерные методы доподлинно не отвечают. Но в конце концов вы же для оценки давления при нагревании не начинаете строить модель движения молекулы газа с учетом вращательных и колебательных компонент с последуюшим наложением распределений и интегрированием по объему чтобы доподлинно знать почему а воспользуетесь формулой менделеева-клайперона (что есть итого такого обсчета для модель одноатомного газа с нормальным распределением скоростей) в особо тяжелом случае дав поправку для конкретного газа по таблице . С моделями и обтеканием приблизительно аналогично. Шесть лет обучения на Факультете Аэромеханики и Летательной Техники МФТИ мне лично так и не ответили окончательно и доподлинно на все а почему именно так - скорее раскрыли богатство палитры вот те как токо ин е бывает в таком таком таки случае али в таких таких или таких приближениях. Если задача оценить сколько нужно, а не до копаться почему именно столько и так надо оценивать 😃.

Mikele_P
CrazyElk:

для начала осознайте что все что вы рассматриваете это свойства МОДЕЛЕЙ обтекания, а не доподлинная природа явления. И выбор той или иной модели корректной и достаточно точной при тех или иных условиях это основа дальнейшего корректного заключения или анализа.

Так что всегда вопрос встает о рамках применимости той или иной модели и необходимости учета для конкретных целей тех или иных слагаемых. И чем больше вы учитываете вводя в модель тем больше магических чисел появляется.

😃 Абсолютно верно сказано. 😃

CrazyElk:

Можно как инженер. Беря готовые методики и программы не в даваясь почему в этих условиях пользуются этими формулами или программами

Я б даже сказал: НУЖНО, как инженер. А иначе можно в теории погрязнуть, а свою модель (самолет, который сможет подняться в небо) так и не рассчитать.

Nicholas:

Обычные профили расчитанны на различные углы атаки, а если обдуть “профиль” у которого верхняя часть “стиральная доска”, а нижняя - плоская ( на нулевом углу), возможно будет подобрать скорость при которой ламинарный поток не будет отрываться бесконечно долго ?

Если брать конкретно нашу используемую модель, то думаю что не будет отрываться бесконечно долго только для бесконечно большой скорости.

Nicholas:

Есть подозрение, что у нормального профиля может быть широкий диапазон рабочих скоростей, а в приведенном примере - только один пик, на котором появится хороший Cy. Такое возможно ?

А оно нужно?

Nicholas:

То есть, задача прямо противоположна практической (одна скорость, один угол), исключительно на понимание.

По одной точке на графике не понять характера системы. Так что это тоже бесполезные данные.

Nicholas

To CrazyElk, Mikele_P:

Идея была в чем:
когда обдувается конечная хорда - как правило можно подобрать наименьшую скорость при которой пограничный слой практически не отрывается и дальше увеличивать ее.
когда обдувается шар или цилиндр - часть потока попадает в его центр, а часть - на края, так что точка отрыва может определяться именно самым “крайним” потоком (а может и нет).

А вот когда речь идет о бесконечной синусоиде - есть шанс, что будет четко выраженный оптимум: медленнее - не “приклеится”, быстрее - тоже улетит (а во впадине будет вихрь). (А на бесконечной скорости - поток вообще улетит на первом же пике, не приклеевшись, хотя кто его знает.) Ближе к оптимуму - приклеенный будет распростряняться на все большее количество сегментов, по гипотизе.

То есть, если идея имеет право на жизнь, я надеялся понять какая “самая оптимальная” скорость для огибания сегмента окружности с опереленным радиусом (и вязкостью воздуха), и уже вооружившись этим знанием внимательно посмотреть на профили.
(То что Re и ReK будут другими - это тоже понятно.)

Все остальное - и то что поток будет терять скорость (если его нагнетают в единой точке) и тд - уже ньюансы, вопрос-то на понимание природы “приклеенного” потока.

Заодно: прочел что глубина (или ширина в другой терминологии) приклеенного потока зависит от скорости, а вот формулы не нашел. Интересно - линейно ли ?

С уважением,
Николай.

Mikele_P
Nicholas:

когда обдувается конечная хорда - как правило можно подобрать наименьшую скорость при которой пограничный слой практически не отрывается и дальше увеличивать ее. когда обдувается шар или цилиндр - часть потока попадает в его центр, а часть - на края, так что точка отрыва может определяться именно самым “крайним” потоком (а может и нет).

(Ща начну практически цитировать введение к каждой книге по аэродинамике) С точки зрения “обдува”, что шар, что профиль, что кирпич, что синусоидный шифер – это суть роли не играет. А для моделей обтекания для упрощения берется всегда единый поток, который в бесконечной области имеет одну и ту же скорость. Обтекание любого тела зависит от ТОЧКИ в которой поток набегает на тело, а отрыв пограничного слоя от поверхности и его обтекание – это уже системы диффуравнений, которые даже не всегда решаются. Т.е. природа хитрее любой модели. Именно по этому и сделали аэродинамические трубы для продувки тел, т.к. как бы и чего бы мы ни рассчитывали, а оно все-равно обдувается как-то по-своему.

Nicholas:

А вот когда речь идет о бесконечной синусоиде - есть шанс, что будет четко выраженный оптимум: медленнее - не “приклеится”, быстрее - тоже улетит (а во впадине будет вихрь) (А на бесконечной скорости - поток вообще улетит на первом же пике, не приклеевшись, хотя кто его знает.)

Уже говорил, абсолютно бесполезные знания. 😃 Т.е. как ты шифер ни обдувай, а крыло из него выйдет неважнецкое, хотя, как показывает практика, сильным ветром крыши сносит… 😁

Nicholas:

я надеялся понять какая “самая оптимальная” скорость для огибания сегмента окружности с опереленным радиусом (и вязкостью воздуха), и уже вооружившись этим знанием внимательно посмотреть на профили.

Нету ее. 😃 (Скажу, как математик) Само слово “ОПТИМАЛЬНОЕ” уже говорит о том, что рашается задача какой-то минимизации/максимизации, а это задачи, как правило, многокритериальные и с ограничением области решений. Значит для решения нужно приводить к однокритериальной, выбирая приоритеты. Т.е. говоря человечьим языком: ОПТИМУМ достигается каждый раз – РАЗНЫЙ. И зависеть он будет от УСЛОВИЙ, т.е. опять – составляй техзадание.
Да и на профили нужно смотреть несколько с другой стороны. Я опять про поляры. Т.е. график зависимости подъемной силы и лобового сопротивления от угла атаки и скорости потока. Как деды – они сначала в аэродинамической трубе продували, строили самолет, а только когда он уже летал пытались понять, а что за сила его в воздухе держит.

Nicholas:

Все остальное - и то что поток будет терять скорость (если его нагнетают в единой точке) и тд - уже ньюансы, вопрос-то на понимание природы “приклеенного” потока.
Заодно: прочел что глубина (или ширина в другой терминологии) приклеенного потока зависит от скорости, а вот формулы не нашел. Интересно - линейно ли ?

Нелинейно однозначно. “Природа приклеенного потока” – это по-правильному зовется теорией пограничного слоя. Уже ни раз описано. Злобнейшие системы диффуравнений, которые решаются только приближенными методами.

longman

Заодно: прочел что глубина (или ширина в другой терминологии) приклеенного потока зависит от скорости, а вот формулы не нашел. Интересно - линейно ли ?

Условно считается что на одном метре накапливается 1 см погранслоя. Естественно это зависит от обшивки, температуры, скорости и т.д. Но условно так.
Применяя это знание к вашей задаче про синусоиду, то начиная с длинны L синусоиды, она будет обтекаться как пластина, поскольку в ее впадинах будет скапливаться погранслой.
Эсли вы скажете что вас интересует теория и накоплением погранслоя можно пренебречь, то и числом рейнольдса тоже можно пренебречь, поскольку оно появляется именно в теории пограничного слоя.
А вобще при конструировании ни каких чисел рейнольдса не используют, а используют именно условные соотношения (1см на 1 метре) чтобы сделать, например, отсос пограничного слоя.

Nicholas

longman:
> Условно считается что на одном метре накапливается 1 см погранслоя.

Спасибо, ценные вседения.

2All:

В общем, на первый набор вопросов ответы уже найденны, повились новые и найденна интересная статья (на понимание которой, видимо, потребуется некоторое время):

webcache.googleusercontent.com/search?hl=en&q=cach…

С уважением,
Николай.