Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
вплоть до перехода. Кроме того, установлено, что средний тепловой поток в
случае оторвавшегося ламинарного пограничного слоя уменьшается в
соответствии с теорией Чепмена независимо от площади поверхности
нагревателя под оторвавшимся пограничным слоем.
Турбулентное течение
Переход перед отрывом вызывался с помощью турбулизаторов, размещенных
на передней изолированной части описанных выше осесимметричных моделей.
Вычисленные по результатам измере-
ме
Фиг. 54. Теплопередача при турбулентном течении [61].
hg - средний коэффициент теплоотдачи при отрыве пограничного слоя; hA -
средний
коэффициент теплоотдачи при безотрывном обтекании;--теория.
ний коэффициенты теплоотдачи при постоянном числе Рейнольдса Re " 3*10(r)
представлены на фиг. 54.
В отличие от хорошего соответствия эксперимента и расчета для
ламинарного пограничного слоя получено большое расхождение результатов
для турбулентного пограничного слоя при небольших числах Маха. В
соответствии с исследованиями Ларсона одной из причин таких расхождений
является большое несоот-
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
149
ветствие температурных потенциалов. В теории Чепмена предполагается, что
воздух из области возвратного течения с малой скоростью попадает в
отделившийся пограничный слой при температуре, равной температуре стенки.
Если бы это предположение было правильным, то насадок должен был бы
измерить на линии нулевой скорости температуру, равную температуре
стенки, однако, согласно измерениям насадком у стенки, разность
температур на порядок величины меньше принятой в теории. По результатам
измерений насадками толщина свободного слоя больше половины глубины
области отрыва, что также может быть причиной расхождений, поскольку в
теории Чепмена предполагается, что толщина относительно мала. Таким
образом, теория должна быть модифицирована с учетом возвратного течения.
Влияние числа Рейнольдса
Влияние числа Рейнольдса на теплопередачу при ламинарном и
турбулентном течениях показано на фиг. 55, на которой представлены
зависимости среднего числа Стэнтона St от числа Рейнольдса Rei,.
При ламинарном течении, как присоединенном, так и с отрывом,
зависимость от числа Рейнольдса (St оо Re~i,/2) совпадает
Фиг. 55. Влияние числа Рейнольдса [61].
Ламинарное течете: ОМ, = 3,1; Г Ме = 4,0; 1 - безотрывное течение, St^
с*> Re ^2; Я - отрывное течение, Sts оо Re-^1. Турбулентное течение: =
2,6; з__безотрыв-
ное течение, St^ и Re ?'1^s' * - отрывное течение, "Stg во Re? 5.
с хорошо известной зависимостью для присоединенного пограничного слоя.
Таким образом, влияние отрыва на теплопередачу не зависит от числа
Рейнольдса. В случае турбулентного течения,
150
ГЛАВА XI
однако, StA оо ReL1/5 для присоединенного и Sts ос Rez. 275 для
отрывного течения. Следовательно, снижение теплового потока вследствие
отрыва увеличивается с ростом числа Рейнольдса.
Распределение теплового потока вдоль модели
На фиг. 56 и 57 представлено распределение теплового потока в отрывных
ламинарных и турбулентных течениях в виде зависи-
} ;|- | s. и-
3,0
2,5
ч 2,0
я 7.5
1,0
0,5
О
г 1
\г J V 1
з \ г
\ \ 1 \ 1
1 1 1 . III!
0,60 1,0 с 0,50 7,0 0
JC/L x/L
Фиг. 56. Распределение теплового потока по длине модели, ламинарное
течение, Ме = 4, ReL = 0,4-10' [61].
1 - отрывное течение; 2 - присоединенное течение. L тт длина модели.
Jkd_____1
0,5
sc/L
1.0
Фиг. 57. Распределение теплового потока по длине модели, турбулентное
течение, Ме = 2,6, ReL = 3 -10е [61].
I - отрывное течение; 2 - присоединенное течение. L - длина модели.
мости отношения местного теплового потока к среднему тепловому потоку q!q
от относительного расстояния х, отсчитываемого от точки отрыва вниз по
потоку [61].
В отрывном течении тепловой поток достигает максимума в области
присоединения, причем в окрестности этой области
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
151
тепловой поток очень быстро растет в отличие от присоединенного течения,
при котором тепловой поток максимален вверх по потоку от поверхности
нагревателя. Местный тепловой поток быстро уменьшается вниз по потоку и
затем остается постоянным. Такой характер изменения теплового потока
одинаков для ламинарного и турбулентного течений.
Переход в свободных пограничных слоях при температуре стенки, меньшей
температуры теплоизолированной стенки
Ларсон приводит некоторые результаты экспериментального исследования
влияния числа Маха и температуры стенки на число Рейнольдса перехода в
свободных пограничных слоях. По определению Ларсона, число Рейнольдса
перехода в отрывном течении
м,"
Фиг. 58. Переход в свободных ламинарных пограничных слоях [61].
есть максимальное число Рейнольдса, вычисленное по длине свободного слоя
V, при котором переход происходит сразу за точкой присоединения (фиг.
58). При постоянном числе Маха М,*, охлаждение стенки приводит к
