Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
Нагреваемая стейка 7|о л 2Л TWz
°
-о-=^.Х---X-*
я^/
о ^<5 х.-
Теплоизолированная
Расстояние от носка х, мм SO 700
но
1,4
1,6 1,8 2,0 2,2 2,4
Эквивалентное число РвйнольЗса^в^хЮ'
Фиг. 5. Измеренное распределение давления с нагреванием и без него [1].
Фиг. 6. Схема течения в области отрыва (растянута в вертикальном
направлении) [6]"
дено расчетное распределение давления, симметричное относительно угла
(отображено относительно двух осей симметрии).
Гэдд выделяет метод А, в котором используется автомодельный профиль
скорости для теплоизолированной стенки, и метод В, в котором применяются
профили скорости и полной температуры, полученные из автомодельных
решений при той же величине TwITwz, но при наличии теплопередачи (Tw^ -
температура теплоизолированной стенки). В случае Н = 1 оба метода
идентичны и соответствуют теплоизолированной стенке. На фиг. 3 показано
влияние охлаждения стенки при отрыве, когда Tw =
94
ГЛАВА XI
= 0,6 Tw , Moo = 3, Re* = 5 '105. Согласно методу А, охлаждение приводит
только к увеличению градиента давления, а само давление при отрыве не
меняется. Согласно методу В, значительно возрастают не только градиенты,
но и приращение давления перед отрывом становится больше. Оба метода
предсказывают, что охлаждение противодействует отрыву. На фиг. 4 показано
влияние нагревания стенки при отрыве, когда Tw = 2Tw , М. = = 2,73, Re* =
2,1 -Ю6. Как правило, влияние нагревания стенки противоположно влиянию
охлаждения.
Результаты измерений и расчетов Гэдда [1] для кругового цилиндра с
острым носком хорошо согласуются (фиг. 5).
Изменение градиента давления под влиянием теплопередачи для
ламинарного течения сжимаемой среды было подтверждено экспериментально
Гэддом и Этриджем [2] при М" = 3 и приблизительно постоянной температуре
стенки, равной 150° С; качественно измеренное давление хорошо
соответствовало результатам расчетов Брея и др. [3].
Экспериментальные данные Гэдда и др. [4], относящиеся к отрывным
течениям перед уступом, обращенным навстречу потоку, и за уступом,
расположенным по потоку, при М ", = 2,44 были представлены в гл. I. Гэдд
и др., а также Бернард и Сист-рунк [5] измерили малую величину h вблизи
уступа, расположенного по потоку. Чепмен попытался дать физическое
объяснение теплопередачи в отрывных течениях, пользуясь схемой,
приведенной на фиг. 6.
Предполагается, что в вязком слое, являющемся, по-видимому, слоем
смешения, давление постоянно, за исключением окрестности области
присоединения, и что на большей части своей длины этот слой удален от
стенки, поэтому воздух между ним и стенкой можно считать фактически
неподвижным, а температуру в области отрыва равной температуре стенки.
Линия тока постоянной скорости отделяет воздух основного течения от
увлекаемого из застойной области. Рассмотрим поток полной энергии в
области отрыва. Разделяющая линия тока касается стенки в точке
присоединения, где внутренний поток газа поворачивает назад и
возвращается в область отрыва, сохраняя свою полную энергию. При
замедлении возвратного течения вдоль стенки она нагревается, прежде чем
это течение попадает в область смешения. Разность между потоком энергии,
возвращаемым в область отрыва и увлекаемым слоем смешения, равна среднему
тепловому потоку к стенке в области отрыва. Таким образом, в случае
растянутых отрывных течений с толстыми областями отрыва средний тепловой
поток к поверхности на участке между отрывом и присоединением больше по
сравнению с соответствующим тепловым потоком к плоской пластине с
присоединенным пограничным слоем. Этот тепловой поток в 6,3 раза
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
95
больше, чем в пограничном слое несжимаемой среды с теми же условиями на
внешней границе, что и на границе слоя смешения. Однако за присоединением
следует ожидать большой плотности теплового потока, обусловленной
"тонким" пограничным слоем, начинающимся от точки присоединения [7].
2. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НА ОТРЫВ ПРИ ДОЗВУКОВЫХ
СКОРОСТЯХ
Известны результаты исследований теплопередачи при дозвуковых
скоростях для изолированных плохо обтекаемых тел, таких, как пластины или
круговые цилиндры с осями, перпендикулярными направлению потока, сферы, а
также пучки цилиндров или труб с осями, перпендикулярными направлению
потока. Кроме того, были выполнены исследования теплопередачи со
ступенчатым изменением теплового потока при дозвуковых скоростях. При
малых скоростях потока теплопередача в областях отрыва обусловлена
главным образом конвекцией, но так как в большинстве случаев возможен
только приближенный расчет, за исключением простых оценок, подавляющее
число исследований относится к экспериментальным.
Основное соотношение для теплопередачи в отрывных течениях при
дозвуковых скоростях можно представить в виде [8]
Nu = CRe2/3Pr1/3.
Постоянная С зависит от геометрии и критического числа Рейнольдса,
