Механика жидкости и газа - Лойцянский Л.Г.
Скачать (прямая ссылка):
R = Rr при сх = 0,3.
Чем выше качество трубы, чем менее турбулентен в ней поток, тем выше величина Rj., достигаемая при измерениях сопротивления шара в этой трубе. Так, кривая V (Rfc = 270 ООО) соответствует опытам
Л. Г. Лойцянского „К теории перехода ламинарного слоя в турбулентный". Прикл. матем. и механ., т. IX, 1945. См. также А. П. Мельников, О переходе ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Труды Ленингр. военно-возд. академии, вып. 3, 1943. „точка1* перехода и „кризис овтйкания"
591
в трубе, в которой средние отклонения мгновенных скоростей потока отличаются от средней скорости потока не более чем на 0,5%» кривая / (Rft = 125 ООО) соответствует потоку с аналогичными отклонениями, достигающими почти 2,5%- В настоящее время такой
1,0
I 157200, Cx=OMI В R =251300, Cx= 0,313 Ш R=298500, Cx=O, 151 Ш R=№500 Сj=0,1 U3
О" 20° W ВО" BO0 100° 120° IhOa 160° 18ІҐ
-В"
Рис. 183.
косвенный метод описания турбулентности аэродинамической трубы заменен более точными, прямыми замерами средних отклонений мгновенных скоростей (см. конец § 104).
Чтобы понять причину отмеченного явления резкого уменьшения сопротивления шара, обратимся к рассмотрению кривых распределения давлений по его поверхности (рис. 183). Из этих кривых (особенно см. I Vi II) следует, что уменьшение сопротивления шара связано с коренной перестройкой всего окружающего потока. Резкое возрастание максимального разрежения, смещение вниз по потоку точек минимума давления M и точек отрыва пограничного слоя S говорит 592
ТУРЁУЛЕН ГНОЕ ДВИЖЕНИЙ
[гл. IX
об улучшении обтекания шара с) го объясняет уменьшение коэффициента сопротивления, гак как при лучшем охвате поверхности шара потоком распределение давлений как бы приближается к тому идеальному, при котором, согласно парадоксу Даламбера, сопротивление должно равняться нулю.
Следует заметить, что визуальные наблюдения (рис. 184) подтверждают описанную кар гину улучшения обтекания шара в указанной области рейнольдсовых чисел.
Явление это, получившее наименование „кризиса сопротивления" или „кризиса обгекания", объясняется изменением расположения точки перехода ламинарного пограничного слоя на шаре в турбулентный.
Рис. 184.
При R меньших 1,5 • IO6 во всех рассмотренных трубах на поверхности шара происходит отрыв ламинарного пограничного слоя, переходящего в турбулентный где-то вне шара в оторвавшемся слое. При возрастании рейнольдсова числа точка перехода, отметим ее буквой Т, перемещается навстречу потоку и приближается к поверхности шара. Как только точка T достигнет точки S ламинарного отрыва слоя, внешний поток, благодаря возникновению вблизи точки отрыва турбулентного перемешивания, увлечет за собою пограничный слой, обтекание улучшится, и точка отрыва сместится вниз по потоку. Теперь уже точка отрыва S будет соответствовать отрыву турбулентного слоя, так как точка перехода T будет находиться выше по потоку, чем точка отрыва. Судя по характеру кривых рис. 183, можно думать, что в точке перехода T происходит местный, не получающий дальнейшего развития отрыв ламинарного слоя, сопровождающийся обратным прилипанием пограничного слоя к поверхности шара с последующим развитым отрывом уже турбулентного пограничного слоя. Указанный местный отрыв ламинарного слоя служит источником возмущений (вихреобразований), заполняющих поток за точкой Т.
Приведенное объяснение явления „кризиса обтекания", основанное на представлении о переходе пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное, прекрасно подтверждается применением искусствен- § щ „точка" перехода и „кризис Омгкания 593
hoh турбулизации слоя при помощи различных специально вводимых в слой источников возмущений (проволочное ко ігчко на поверхности шара, перегородочка, выступы шероховатости и др) в условиях потока с рейнольдсовыми числами, значительно меньшими критических Rfc. Этим специально пользуются, когда, не имея возможности достигнуть больших значений чисел Рейнольдса, хотят все же получить картину обтекания, близкую к той, которая имеет место при больших числах Рейнольдса. Для этого в пограничный слой помещают различные, очень маленькие по своим размерам турбулизаторы.
Явление „кризиса обтекания" сильно зависит ог сжимаемости газа при больших скоростях его движения. Как уже было указано в самом конце предыдущей главы, возрастание докрити-ческих чисел M набегающего потока вызывает ухудшение обтекания тела, поэтому можно ожидать, что для улучшения обтекания шара, происходящего при кризисе обтекания, потребуются тем большие рейнодьдсовы числа, чем больше число М. Наблюдения Ферри над обтеканием шара при разных М, результаты которых приведены на рис. 185, блестяще подтверждают это предположение. С возрастанием числа M от 0,3 до 0,67 принятое ранее условное значение Rft возрастает от 400000 примерно до 740000.
Этог факі служит вместе с тем косвенным подтверждением высказанного ранее предположения об ухудшении обтекаемости тел при появлении влияния сжимаемости.
В заключение отметим, что явление кризиса обтекания играет существенную роль в лабораторных определениях максимального значения коэффициента подъемной силы крыла сушх. При критических углах атаки обтекание носика крыла похоже на обтекание круглого цилиндра. При малых рейнольдсовых числах с носика легко срывается ламинарный слой, что приводит к резкому падению Cy и необходимости уменьшения критических углов атаки, а следовательно, и уменьшения Cymax. С ростом рейнольдсова числа и достижением тех его значений, при которых возникает кризис обтекания, начинается отмеченное выше улучшение обтекания носика и появляется возможность повышать критические углы атаки и вместе с тем Cymm.
