Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
На положение точки отрыва оказывает влияние теплопередача. Это влияние
было исследовано Гэддом [26]. При больших скоростях полета вследствие
аэродинамического нагрева тепло передается от горячего газа к холодной
поверхности тела. Но если горячее тело поместить в поток холодного газа,
тепло будет передаваться от поверхности тела к газу. Теплопередача влияет
на
Направление
течения
Волны сжатия
Застойная зона
Фиг. 26. Течение около пластины с клином [26].
Фиг. 27. Влияние охлаждения на форму профиля скорости перед отрывом [26].
градиент давления и протяженность зоны отрыва и, следовательно, на
положение отрыва. При охлаждении стенки понижается градиент давления и
уменьшается протяженность зоны отрыва, задерживая отрыв.
Простая модель обтекания клина при сверхзвуковой скорости, изображенная
на фиг. 26, была предложена Гэддом [26] для физического объяснения
явления. На этой фигуре S и R обозначают соответственно точки отрыва и
последующего присоединения. Нарастание пограничного слоя зависит от
интенсивности положительного градиента давления, действующего на
пограничный слой, а распределение давления определяется простой волной
сжатия, обусловленной утолщением пограничного слоя. Теплопередача
оказывает влияние на равновесие между этими двумя процессами. При
охлаждении стенки выше области взаимодействия, несмотря- на постоянное
давление, профиль скорости становится более полным, а пограничный слой
более тонким, как показано на фиг. 27.
Так как отрыв потока обусловлен недостаточным количеством движения вблизи
стенки, изменение плотности и скорости может объяснить влияние
теплопередачи на отрыв. Около охлажденной стенки плотность газа больше, а
вязкость меньше, чем при отсутствии теплопередачи. Таким образом,
возрастание плотности
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
39
вместе с более высокой скоростью приводит к увеличению количества
движения и к затягиванию отрыва. При нагревании стенки отрыв происходит
выше по потоку, чем при отсутствии теплопередачи.
2. СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ТЕОРИИ ОТРЫВА
ПОТОКА
Недавно при попытках решить проблему отрыва в дополнение к концепции
пограничного слоя стали придавать большое значение устойчивости всего
поля течения и, в частности, влиянию на устойчивость смешения основного
потока с диссипативными слоями. В застойной зоне накапливается
значительное количество заторможенной жидкости. Более подробно застойная
зона будет рассмотрена в последующих разделах этой главы.
Кохран и Клайн [27] наблюдали четыре реяшма течения в простом двумерном
диффузоре с плоскими стенками, соответствующие разным углам раскрытия
диффузора.
1. Режим плавного безотрывного течения.
2. Режим с протяженной переходной зоной отрыва, в которой отрыв
изменяется со временем по интенсивности, расположению и протяженности.
3. Режим существенно двумерного, относительно установившегося, полностью
развитого отрыва, при котором течение происходит с малым расширением или
совсем без расширения.
4. Режим струйного течения, при котором поток отрывается и формируется
подобно струе.
Кохран и Клайн наблюдали отрыв потока струйного типа, аналогичного
теоретически исследованному Крокко и Лизом [8], однако теория Крокко и
Лиза касалась лишь установившихся течений струйного типа, так что
переходная зона отрыва (режим 2) оказалась не охваченной этой теорией.
Для дальнейшего развития вполне надежных расчетов отрыва необходимы
дополнительные исследования не только основного течения, но также
характеристик перехода пограничного слоя и зоны отрыва [28].
Классическая концепция отрыва потока не может быть непосредственно
обобщена на случай отрыва трехмерного потока. Поэтому необходим новый
подход к проблеме отрыва потока на теле произвольной формы.
2.1. ОТРЫВ ТРЕХМЕРНОГО ПОТОКА.
ОБОБЩЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОТРЫВА ПОТОКА
В классическом случае двумерного или осесимметричного течения с нулевым
углом атаки отрыв потока отождествляется с возникновением обратного
течения, когда точка отрыва представляет
40
ГЛАВА I
собой переднюю границу вихревого слоя, заключенного в отрывной области.
Но эта концепция не приложима к отрыву трехмерного потока [29, 30]. Если
после отрыва происходит присоединение потока, картина течения
соответствует изображенной на фиг. 28. В этом случае вихревое течение
полностью заключено в тонком пограничном слое.
Мур [29] установил, что область отрывного течения на трехмерном теле
состоит из вихревого слоя, заключенного между поверхностью тела и
поверхностью тока, присоединенной к телу вдоль замкнутой кривой, как
показано на фиг. 29. Стрелки указывают возможное на-
Ф и г. 29. Область трехмерного отрыва (вид сверху) [29].
правление результирующего напряжения трения на этой кривой и вне отрывной
области. Физические представления о том, когда и где отрывается
трехмерный поток, не всегда ясны. Поэтому Мур предложил рассматривать
область отрывного течения как вихревой слой, заключенный внутри
пограничного слоя на теле, если только справедливы предположения о тонком
