Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
уменьшению числ-а Рейнольдса перехода в свободных пограничных слоях.
Это дестабилизирующее влияние охлаждения стенки противоположно
стабилизирующему влиянию на присоединенный пограничный слой, наблюдаемому
при умеренном охлаждении стенки 166, 67]. Стабилизирующее влияние числа
Маха и дестабилизирующее влияние температуры (Tw < Taw) наблюдалось также
во всех экспериментах.
Исследования теплопередачи в выемке [55]
Введенная в гл. I "модель массообмена" Харвата и др. [55] может быть
полезна для физического объяснения механизма теплопередачи для течения в
выемке. В экспериментальных исследо-
152
ГЛАВА XI
ваниях систематически варьировались следующие параметры: число Маха
внешнего течения, отношение длины к глубине выемки, отношение толщины
пограничного слоя перед выемкой к глубине выемки (при турбулентном
течении), отношение толщин теплового и динамического слоев и, наконец,
геометрия внутренней границы области отрыва. Ограниченное число опытов с
той же самой моделью при дозвуковых скоростях дает основание считать, что
в общем нет существенных различий в теплопередаче для дозвукового и
сверхзвукового течений, за исключением того, что переход от "открытой"
каверны к "замкнутой" происходит более плавно и величины L/h' {L - длина
выемки, h' - ее глубина) в среднем меньше, чем при сверхзвуковом течении.
Экспериментальные исследования теплопередачи в выемке были проведены
при М" = 2,9 и турбулентном пограничном слое с профилем скорости перед
отрывом V7 степени. Эквивалентное число Рейнольдса для плоской пластины
было равно 1,5 -Ю(r), а отношение толщины пограничного слоя к высоте уступа
было приблизительно равно 0,4. Модель, собранная из теплоизолированных
взаимозаменяемых элементов (секций) из нержавеющей стали, показана на
фиг. 59.
Давление торможения в аэродинамической трубе было равно атмосферному,
а температура торможения составляла от 10 до 316° С. Во всех
экспериментах величина h после отрыва уменьшалась по сравнению с
соответствующей величиной перед отрывом и увеличивалась перед областью
присоединения и за ней. В среднем тепловой поток ко дну выемки составляет
~50-120% от теплового потока в присоединенном течении эквивалентной
длины.
Диффузия тепла. Харват и др. количественно исследовали диффузию тепла
при отрывном течении в выемке. Несколько поляр диффузии тепла для разных
высот над дном выемки представлено на фиг. 60 *).
На фиг. 60, а видны поляры, ориентированные вверх по потоку, которые
принадлежат к придонному слою. Течение в этом слое неустойчиво и меняет
направление, что подтверждается наличием меньших поляр, ориентированных
вниз по потоку. Размер основной поляры увеличивается до расстояния 1.68
мм над дном, что свидетельствует об уменьшении скорости. На высоте
приблизительно 2,54 мм размеры поляр, ориентированных вперед и назад,
почти одинаковы; следовательно, в потоке нет преимущественного
направления течения. Высота, на которой наблюдалось это явление,
приблизительно совпадает с высотой, на которой не было обнаружено
динамического давления. Над этим слоем наблюдался
!) Поляры дают разности температур потока, измеренных на одинаковых
расстояниях, но при различных угловых положениях термопары относительно
нагретой и ненагретой проволоки.- Прим. ред.
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
153
другой слой (на высоте 2,5-3,8 мм над дном), в котором, судя по полному
давлению, среднее течение было направлено вниз по потоку, но измерения
температуры дали поляру, ориентированную вверх по потоку (фиг. 60, б).
Это не является противоречием, так как в "буферном" слое течение
периодически изменяет
Схема модели
Фиг. 59. Фотография модели в разобранном виде и ее схематическое
изображение [55].
1 - канал для охладителя; ! - модуль; 3 - уступ, образуемый модулями
различной высоты; 4 - слюда; 1 - воздушный зазор 0,5 мм; 6 - канал для
охладителя; 7 - замыкающий модуль; в - пластина; 9 - термопары для
измерения температуры г"; ю - теплоизолированные модули; 11 - датчик
температуры охладителя; q - тепловой поток. 6 - толщина пограничного
слоя; L - длина выемки; Л' - глубина выемки.
направление вследствие пульсаций в слое смешения в выемке. Когда слой
смешения углубляется в выемку, воздух из верхней половины выемки
увлекается вниз по потоку, когда же слой выпучивается, направление потока
изменяется на противоположное. Измерения давления и диффузии тепла над
буферным слоем указывают на сильное течение, направленное вниз по потоку,
которое является собственно свободным слоем смешения. В соот-
Типичк * **
(Ь=6Л
н
Направление набегающего потока
154
ГЛАВА XI
ветствии с исследованиями диффузии тепла в центральном сечении
существуют три слоя: слой неустановившегося слабого возвратного течения
вблизи дна, в среднем направленного вверх по потону; буферный слой,
характеризуемый сильным течением с периоди_
