Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
иного вида. Единственным требованием к сингулярным поверхностным линиям
тока являются нулевые значения напряжения трения на стенке. Напомним, что
классическая концепция отрыва в двумерных и осесимметричных
44
ГЛАВА I
течениях связывает отрыв с точкой, в которой напряжение трения равно
нулю. Это означает, что только линия сингулярного отрыва удовлетворяет
условиям двумерных и осесимметричных течений при нулевом угле атаки.
Вероятно, линии сингулярного отрыва никогда не возникают в трехмерных
течениях из-за отсутствия
Ф п г. 35. Трехмерный отрыв на стреловидном крыле под углом атаки [35].
поверхностного напряжения трения на таких линиях. Кстати, никто и не
наблюдал таких линий в трехмерном течении [35].
Связь между концепцией поверхностных линий тока и вязкостью при отрыве
потока заключается в том, что поверхностные линии тока определяют схему
течения в вязкой области. Следовательно, физическую природу отрыва
трехмерного течения можно понять, если знать возможные схемы этого
течения. Маскелл расчленял отрывное течение на две вязкие области:
свободный вихревой слой и застойную область (каверну). Если размеры тела
конечны, то поток сходит с тела на задней кромке. Конечно, поток может
оторваться выше по течению от задней кромки. Этот вид схода потока с тела
принадлежит к классическим, а сход потока на задней кромке ранее не
рассматривался как отрыв. Теперь в соответствии с анализом Маскелла сход
потока на задней кромке также рассматривается как отрыв, поскольку в этом
случае пограничный слой отделяется от поверхности тела.
Течение около крыла конечного размаха при малом угле атаки является
примером трехмерного течения. В этом случае отрыв потока происходит на
острой кромке и линии тока, сходящие с поверхности крыла, образуют
некоторую конфигурацию, около которой формируется основное течение. Часто
сходящие с поверхности линии тока свертываются в вихрь, как показано на
фиг. 35. Это явление описал и объяснил Дин [351.
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
45
При отрыве потока вихревой слой отходит от поверхности тела.
Непосредственно за отрывом завихренность в отрывном течении в основном
перпендикулярна направлению скорости невозмущен-ного потока и параллельна
слою линий тока, сходящих с поверхности. Кроме этой завихренности, может
образоваться вторичная завихренность вследствие возвратного течения перед
отрывом или за ним. Эта завихренность вызывает свертывание линий тока,
сходящих с поверхности крыла, в вихрь, и эта вторичная завихренность
параллельна направлению основного потока, окру-
Ф и г. 36. Поверхностные линии тока и сбегающие вихри при отрыве
пограничного слоя перед цилиндрической стопкой [35].
Фиг. 37. Замкнутая каверна при Ф п г. 38. Открытая каверна при двумерном
отрыве [35]. двумерном отрыве [35].
жающего конфигурацию линий тока, сходящих с поверхности.
На фиг. 36 показан другой пример: образование вихря при обтекании
цилиндрической стойки, установленной на пластине. Отрыв, происходящий
вдоль двух линий обыкновенного отрыва, разделяется точкой сингулярного
отрыва, расположенной на линии симметрии. Благодаря вторичной
завихренности поверхностные линии тока после отрыва свертываются с
образованием Двух больших вихрей.
При двумерном отрыве всегда образуется каверна, в которой скорости малы.
Установившиеся вихревые области течения отде-
РааЗвляюшав линия тона
Разделяющая линия тока
46
ГЛАВА [
ляются от основного потока некоторой поверхностью. Каверна может быть
замкнутой или открытой, как видно из фиг. 37 и 38.
В трехмерном течении каверна образуется не всегда. Каверны при отрыве
могут быть установившимися и неустановившимися. Замкнутые каверны в
двумерных и трехмерных течениях образуются на поверхности профиля, в
углублениях, в углах и на расширяющихся стенках диффузора.
2.1.2. Срыв
Если отрыв потока нежелателен в инженерных приложениях, его условились
называть "срывом". Напомним, что срывом на крыловом профиле называют
отрыв потока, ухудшающий характеристики профиля вследствие резкого
возрастания сопротивления и падения подъемной силы. Однако на практике
отрыв потока не всегда нежелателен. Например, благодаря взаимодействию
отрывного течения, создаваемого иглой, установленной перед тупым телом,
при сверхзвуковых скоростях полета с отошедшим головным скачком
уплотнения лобовое сопротивление сильно уменьшается. Следовательно,
необходимо новое определение понятия срыва как явления в течении, которое
приводит к накоплению значительных количеств заторможенной жидкости и
часто связано с появлением нестационарности [35]. Нестационарность
возникает из-за периодических выплескиваний накопившейся застойной
жидкости, а так как возможность вытекания исключена, накопление жидкости
продолжается. В трехмерном течении существует компонента скорости,
перпендикулярная направлению основного потока. Накопленная жидкость может
выплескиваться в этом направлении. Поэтому в несимметричном течении, т.
