Mae ymwrthedd llif yn broblem eang. Daw'r defnydd o danwydd car ar gyflymder uchel yn bennaf o wrthiant aer yn hytrach na gwrthiant ffrithiant daear. Mae'r rheswm pam y gellir "atal" mwrllwch yn yr awyr hefyd oherwydd ymwrthedd llif. Mae'r rhain i gyd yn dangos pwysigrwydd gwrthiant aer.
01
Gwrthwynebiad gwahaniaethol pwysau a gwrthiant ffrithiannol
O safbwynt grym, gwrthiant y gwrthrych yw gweithrediad uniongyrchol yr hylif ar ei wyneb. Yr hyn sy'n berpendicwlar i wyneb y gwrthrych yw pwysedd yr hylif, a gelwir y gwrthiant a gynhyrchir ganddo yn ymwrthedd pwysau gwahaniaethol; yr hyn sy'n gyfochrog ag arwyneb y gwrthrych yw grym cneifio gludiog yr hylif, a gelwir y gwrthiant a gynhyrchir ganddo yn ymwrthedd ffrithiannol. Ar wahân i'r ddau rym hyn, nid oes unrhyw rym arall. Felly, cyfanswm ymwrthedd gwrthrych yw grym canlyniadol ymwrthedd gwahaniaeth pwysau a gwrthiant ffrithiant. Mae'r gwrthiant gwahaniaeth pwysau yn gysylltiedig yn agos â siâp y gwrthrych, ac mae'r gwrthiant ffrithiant yn ymwneud yn bennaf ag arwynebedd y gwrthrych.
Mae rhai lleoedd yn dweud, yn ogystal â gwrthiant gwahaniaeth pwysau a gwrthiant ffrithiant, bod ymwrthedd anwythol, ymwrthedd tonnau sioc, ac ati, sy'n gamddealltwriaeth. Mewn gwirionedd, gellir priodoli ymwrthedd anwythol a gwrthiant tonnau sioc i wrthwynebiad gwahaniaeth pwysau a gwrthiant ffrithiant (gwrthiant gwahaniaeth pwysau yn bennaf).
02
ymwrthedd siâp ymwrthedd posterior
Mae'n hysbys ers yr hen amser y bydd gwrthrychau sy'n symud mewn hylif yn profi gwrthiant, ac mae'r gwrthiant yn perthyn yn agos i siâp y gwrthrych. Ond daeth theori wreiddiol mecaneg hylif i'r casgliad arall. Yn seiliedig ar gyfreithiau mudiant hylifol Euler a Bernoulli, os anwybyddir gludedd yr hylif, ni fydd yr hylif yn cynhyrchu ymwrthedd i wrthrychau o unrhyw siâp sy'n symud ynddo.
Mae'n ymddangos bod y gwrthiant yn cael ei achosi'n llwyr gan gludedd, ond mae gludedd aer yn fach iawn, ac mae'r gwrthiant ffrithiannol a gynhyrchir ganddo yn llawer llai na'r gwrthiant aerodynamig a fesurir mewn gwirionedd. Mae'r gwrth-ddweud hwn yn cael ei adnabod mewn hanes fel "D'Alembert's Paradox" oherwydd fe'i cynigiwyd gan y mathemategydd Ffrengig D'Alembert.
Nid tan i Prandtl gyflwyno'r ddamcaniaeth haen ffin y sylweddolodd pobl hanfod ymwrthedd llif. Gwrthiant gwahaniaeth pwysau yw prif elfen ymwrthedd aerodynamig, tra ar gyfer gwrthrychau cyffredinol, mae ymwrthedd gwahaniaeth pwysau yn bennaf oherwydd gwahaniad haen ffin.
Roedd pobl gynnar (efallai bod llawer o bobl yn meddwl felly nawr) yn seiliedig ar ryw fath o "synnwyr cyffredin", yn credu bod siâp rhan flaen y gwrthrych yn pennu maint y gwrthiant, a bydd y gwrthiant yn fach os yw'r rhan flaen yn fwy craff. . Gyda'r theori haen ffin, mae'n bwysicach darganfod siâp cefn y gwrthrych. Oherwydd bod siâp cefn y gwrthrych yn pennu lle mae'r haen ffin yn gwahanu ac felly'r dosbarthiad pwysau ar wyneb y gwrthrych.
Mae pysgod ac adar cyffredin yn gyrff symlach cymharol berffaith, gyda phennau crwn a chynffonnau pigfain.
03
Gwrthiant siâp Gwrthiant blaen
Er bod siâp cefn y gwrthrych yn bendant ar gyfer faint o lusgo, mae siâp y blaen hefyd yn bwysig. Er enghraifft, os yw blaen y gwrthrych yn sgwâr, bydd yr hylif yn gwahanu'n gynnar yn y corneli miniog, a bydd siâp y cefn a ddyluniwyd yn ofalus yn colli ei ystyr. Ar gyfer y tryciau sy'n rhedeg ar y briffordd ar hyn o bryd, mae'r optimeiddio siâp a gyflawnwyd wedi'i ganolbwyntio'n bennaf ar y rhan flaen, ac mae'r rhan gefn wedi'i gyfyngu gan siâp y cynhwysydd, felly mae llai o waith wedi'i wneud. Ar gyfer gwrthrychau sy'n symud ar gyflymder trawsonig, bydd y don sioc yn cynhyrchu gwrthiant ychwanegol, felly mae'r rhan flaen wedi'i dylunio i siâp pigfain iawn, fel bod ongl côn y tonnau sioc yn llai i leihau ymwrthedd.
04
Gwrthiant tonnau sioc
Pan fydd y cyflymder llif sy'n dod i mewn yn agosáu neu'n fwy na chyflymder y sain, bydd tonnau sioc yn cael eu cynhyrchu, a fydd yn dod ag ymwrthedd tonnau sioc ychwanegol. Yn y bôn, mae ymwrthedd tonnau sioc hefyd yn fath o wrthwynebiad gwahaniaeth pwysau, sy'n cael ei achosi gan adferiad pwysau annigonol yn hanner cefn y gwrthrych oherwydd bodolaeth tonnau sioc. Gan esgeuluso'r golled gludiog, pan nad oes tonnau sioc, mae arafiad y llif aer yn ail hanner y gwrthrych yn cyfateb i gynnydd pwysau Δp1; pan fo ton sioc, mae'r llif aer yn rhannol yn colli rhan o'r egni mecanyddol wrth basio trwy'r tonnau sioc, a bydd y cynnydd pwysau Δp2 sy'n cyfateb i'r un arafiad yn llai na Δp1. Felly, pan fo tonnau sioc, mae'r pwysau yn hanner cefn y gwrthrych ychydig yn is, sef ffynhonnell y gwrthiant tonnau sioc. Gall gwneud ymyl blaen y gwrthrych yn sydyn leihau'r ongl côn sioc, a thrwy hynny leihau'r golled a achosir gan y tonnau sioc, a hefyd leihau ymwrthedd tonnau sioc. Pan fydd y llong yn teithio ar wyneb y dŵr, bydd yn cynhyrchu tonnau arwyneb a hefyd yn gallu gwrthsefyll tonnau, felly dylid ei bwyntio, tra bod y llong danfor sy'n teithio o dan y dŵr yn dalgrynnu.
Nid yw defnyddio colled egni i egluro ymwrthedd tonnau sioc yn ddigon uniongyrchol. Wedi'r cyfan, y pwysau a'r grym gludiog ar wyneb gwrthrych yw'r ffactorau sy'n pennu maint y gwrthiant yn uniongyrchol. Nesaf, mae'r gwrthiant tonnau sioc yn cael ei esbonio gan y newid ym mhwysedd wyneb y gwrthrych.
05
Effaith siâp ac ansawdd arwyneb ar lusgo
Mae lleihau ymwrthedd yn thema dragwyddol o fecaneg hylif. Gall defnyddio lliflinau leihau'r ymwrthedd pwysau gwahaniaethol yn effeithiol, yn bennaf oherwydd nad oes gwahaniad haen ffin ar wyneb corff symlach wedi'i ddylunio'n dda, a thrwy hynny leihau'r ymwrthedd pwysau gwahaniaethol.
Yn ogystal â siâp, mae garwedd wyneb gwrthrych hefyd yn effeithio ar lusgo. Yn gyffredinol, po fwyaf llyfn yw'r wyneb, y lleiaf yw'r gwrthiant ffrithiannol, ond weithiau mae wyneb y gwrthrych yn arw yn fwriadol, fel bod yr haen ffin yn dod yn gythryblus i atal gwahanu, a thrwy hynny leihau'r ymwrthedd gwahaniaethol pwysau yn sylweddol.
06
Crynhoi
Wrth ddadansoddi gwrthiant aerodynamig gwrthrych, arfer mecaneg hylif yw ei rannu yn ôl ffurf y grym. Gelwir y gwrthiant a achosir gan y pwysau sy'n gweithredu'n fertigol ar wyneb y gwrthrych yn wrthwynebiad pwysau gwahaniaethol, tra bod y gwrthiant a achosir gan y grym ffrithiant sy'n gyfochrog ag wyneb y gwrthrych yn cael ei alw'n ymwrthedd ffrithiannol. Gan nad oes unrhyw rym heblaw'r ddau rym hyn ar wyneb gwrthrych, mae unrhyw fath o wrthwynebiad naill ai'n wrthwynebiad gwahaniaeth pwysau neu'n ymwrthedd ffrithiant, neu'r ddau.
Y gwrthiant gwahaniaeth pwysau a achosir gan wahaniad llif a'r gwrthiant gwahaniaeth pwysau a achosir gan don sioc yw'r ffactorau mwyaf sy'n effeithio ar ymwrthedd aerodynamig gwrthrychau.
Mae gan wrthrychau ymwrthedd isel issonig bennau crwn a chynffonau pigfain, tra bod gan wrthrychau ymwrthedd isel uwchsonig ddau ben pigfain.
