Odvajanje strujanja

[thumb|300x300px| Odvajanje strujanja zraka od krila pod velikim [napadni ugao|napadnim uglom]]

U dinamici fluida, **odvajanje strujanja** ili **odvajanje graničnog sloja** je odvajanje graničnog sloja od površine u trag.
Granični sloj postoji kad god postoji relativno kretanje između fluida i čvrste površine s viskoznošću prisutnim u sloju fluida blizu površine. Strujanje može biti izvana, oko tijela, ili unutar, u zatvorenom prolazu. Granični slojevi mogu biti laminarni ili turbulentni. Razumna procjena hoće li granični sloj biti laminaran ili turbulentan može se napraviti izračunavanjem Reynoldsovog broja lokalnih uvjeta strujanja.
Odvajanje se događa u strujanju koje se usporava, s porastom pritiska, nakon prolaska najdebljeg dijela tijela strujnice ili prolaska kroz prošireni prolaz, naprimjer.
Tučenje protiv rastućeg pritiska poznato je kao strujanje u nepovoljnom gradijentu pritiska. Granični sloj se odvaja kada je prešao dovoljno daleko u nepovoljnom gradijentu pritiska da se brzina graničnog sloja u odnosu na površinu zaustavila i promijenila smjer. Tok se odvaja od površine i umjesto toga poprima oblike vrtloga i vrtloženja. Fluid vrši konstantan pritisak na površinu nakon što se odvoji, umjesto kontinuirano rastućeg pritiska ako je još uvijek vezan. U aerodinamici, separacija toka rezultira smanjenim uzgonom i povećanim otporom pritiska, uzrokovanim razlikom pritiska između prednje i zadnje površine objekta. To uzrokuje udaranje konstrukcija aviona i kontrolnih površina. U unutrašnjim prolazima separacija uzrokuje zastoj i vibracije u lopaticama mašina i povećane gubitke (nižu efikasnost) u usisnicima i kompresorima. Mnogo truda i istraživanja uloženo je u dizajn aerodinamičkih i hidrodinamičkih površinskih kontura i dodanih karakteristika koje odlažu separaciju toka i održavaju tok što je duže moguće. Primjeri uključuju krzno na teniskoj loptici, udubljenja na loptici za golf, turbulatore na jedrilici, koji izazivaju rani prijelaz u turbulentni tok; generatore vrtloga na avionu.

## Nepovoljni gradijent pritiska
thumb|300x300px| Grafički prikaz profila brzine u graničnom sloju. Posljednji profil predstavlja obrnuti tok koji pokazuje odvojeni tok.

Okretanje toka je prvenstveno uzrokovano nepovoljnim gradijentom pritiska koji nameće graničnom sloju vanjski potencijalni tok. Jednačina impulsa u smjeru strujanja unutar graničnog sloja je približno izražena kao
:u {\partial u \over \partial s} = -{1 \over \rho}{dp \over ds} + {\nu} {\partial^2 u \over \partial y^2}

gdje  su s,y su koordinate u smjeru strujanja i normalne koordinate.
Negativni gradijent pritiska je kada dp/ds > 0, što se onda može vidjeti kao uzrok brzine u smanjivanjas i moguće ići na nulu ako je nepovoljni gradijent pritiska dovoljno jak.

## Parametri koji utiču
Tendenca graničnog sloja da se odvoji prvenstveno zavisi od raspodjele negativnog ili negativnog gradijenta brzine na ivici du_o/ds (s)  duž površine, što je zauzvrat direktno povezano s pritiskom i njegovim gradijentom diferencijalnim oblikom Bernoullijeve relacije,
što je isto kao i jednačina impulsa za vanjski neviskozni tok.
:\rho u_o {du_o \over ds} = -{dp \over ds}

Ali opće veličine du_o/ds Energija potrebna za separaciju je mnogo veća za turbulenciju nego za laminarni tok, pri čemu prvi može tolerirati gotovo za red veličine jače usporavanje toka. Sekundarni utjecaj je Reynoldsov broj. Za dati nepovoljni du_o/ds distribucije, otpor odvajanja turbulentnog graničnog sloja se neznatno povećava s povećanjem Reynoldsovog broja. Nasuprot tome, otpor odvajanja laminarnog graničnog sloja je neovisan o Reynoldsovom broju - što je donekle kontraintuitivna činjenica.

## Unutrašnje odvajanje
thumb|500x500px| Shema razdvajanja unutrašnjeg graničnog sloja
Do razdvajanja graničnog sloja može doći kod unutrašnjih tokova. Može biti rezultat uzroka kao što je brzo širenje kanala cijevi. Razdvajanje se javlja zbog nepovoljnog gradijenta pritiska koji se javlja dok se tok širi, uzrokujući prošireno područje odvojenog toka. Dio toka koji razdvaja recirkulirajući tok i tok kroz središnji dio kanala naziva se razdjelna strujnica. Tačka u kojoj se razdjelna strujnica ponovo spaja sa zidom naziva se tačka ponovnog spajanja. Kako tok ide dalje nizvodno, on na kraju postiže ravnotežno stanje i nema povratnog toka.

## Efekti odvajanja graničnog sloja
Kada se granični sloj odvoji, njegovi ostaci formiraju sloj smicanja i prisustvo odvojenog područja strujanja između sloja smicanja i površine modificira vanjski potencijalni tok i polje pritiska. U slučaju aeroprofila, modifikacija polja pritiska rezultira povećanjem otpora pritiska, a ako je dovoljno ozbiljna, rezultirat će i zastojem i gubitkom uzgona, što je sve nepoželjno. Kod unutrašnjih tokova, odvajanje toka dovodi do povećanja gubitaka toka i fenomena tipa zastoja kao što je udar kompresora, oba neželjena fenomena.

Drugi efekat odvajanja graničnog sloja su regularni vrtlozi koji se odvajaju, poznati kao Kármánova vrtložna ulica. Vrtlozi se odvajaju od površine nizvodno od litice strukture frekvencijom koja zavisi od brzine protoka. Odvajanje vrtloga proizvodi naizmjeničnu silu koja može dovesti do vibracija u strukturi. Ako se frekvencija odvajanja poklapa sa rezonantnom frekvencijom strukture, to može uzrokovati strukturni kvar. Ove vibracije mogu se uspostaviti i reflektovati na različitim frekvencijama na osnovu njihovog porijekla u susjednim čvrstim ili fluidnim tijelima i mogu ili prigušiti ili pojačati rezonancu.

## Također pogledajte
* Teorija trostrukih paluba
* Aerodinamika
* D'Alembertov paradoks
* Magnusov efekat

## Fusnote
## Reference
* Anderson, John D. (2004), *Introduction to Flight*, McGraw-Hill. .
* L. J. Clancy (1975), *Aerodynamics*, Pitman Publishing Limited, London .

## Vanjski linkovi
* *Aerospaceweb*-Golf Ball Dimples & Drag
* Aerodynamics in Sports Equipment, Recreation and Machines – Golf – Instructor
* Marie Curie Network on Advances in Numerical and Analytical Tools for Detached Flow Prediction 

Kategorija:Granični slojevi
Kategorija:Dinamika fluida