Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
е. в трехмерном течении, срывы встречаются редко. Однако в строго
двумерном течении вытекание по нормали к направлению основного потока
исключено и возможно накопление значительного количества заторможенной
жидкости с периодическим выплескиванием; другими словами, возникает срыв.
На практике двумерные течения встречаются весьма редко и чаще всего
наблюдается осесимметричное течение. В противоположность строгому
определению отрыва потока определение срыва следует считать довольно
субъективным, так как его существование связано с геометрией поля течения
и характеристиками жидкости.
3. МЕХАНИЗМ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ
В последнее время отрывные течения при сверхзвуковых скоростях потока
исследовались значительно интенсивнее, чем при дозвуковых скоростях.
Вследствие этого изучим физическую картину отрывного течения на основе
результатов исследования
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
47
при больших скоростях и сделаем соответствующие замечания для дозвукового
потока. Рассмотрим только такие виды отрывных течений, которые вызываются
наличием клина, уступа, выреза, иглы, а также течение в донной области
относительно малых раз-леров по сравнению с размерами тела. Течение в
следе на большом расстоянии за телом не рассматривается. Часто отрывное
течение называют "застойным", но это не означает, что его скорость равна
нулю. В действительности наблюдается сложное нестационарное течение, и на
поверхностях тел двумерной формы развиваются трехмерные течения.
Течение в области отрыва характеризуется взаимодействием между вязким,
или диссипативным, течением около поверхности твердого тела и "внешним",
почти изоэнтропическим течением. Перенос количества движения от "внешнего
течения" к диссипативному можно рассматривать как фундаментальный
физический процесс, определяющий давление. Теория смешения Крокко - Лиза
[8] основана на этой концепции (будет рассмотрена более подробно ниже в
этой главе и в гл. IX), которая была модифицирована Гликом [36]. На
основе теории Крокко - Лиза были рассчитаны характеристики отрывного
течения, вызванного уступом, обращенным навстречу потоку [37].
3.1. РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ДОЗВУКОВЫМ И СВЕРХЗВУКОВЫМ ОТРЫВНЫМИ
ТЕЧЕНИЯМИ
Используя модель клина с углом .10°, изображенного на фиг. 39, Чепмен и
др. [38] установили фундаментальное различие между ламинарными
дозвуковыми и сверхзвуковыми течениями в характере распределения давления
при различных числах Рейнольдса. Как видно из фиг. 39, а, при дозвуковых
скоростях (0,4 ^ М "
0,8) изменение числа Рейнольдса весьма слабо сказывается на распределении
давления и не сопровождается регистрируемым изменением роста давления до
отрыва [(ps - Ро)/?о = 0^2 ± ± 0,005 при всех числах Рейнольдса]. Индекс
0 означает условия в начале взаимодействия, т. е. в точке, выше которой
по потоку давление по существу такое же, как и в невязком течении. Кроме
того, распределение давления приближенно соответствует давлению в
соответствующем невязком течении, определенному по теории малых
возмущений для наклонной плоской пластины и изображенному штриховой
линией на фиг. 39, а. Однако, как видно из фиг. 39, б, при сверхзвуковом
течении в интервале 0,18 ¦ 106 <С
йеь < 1,26 .10" распределение давления зависит от числа Рейнольдса,
изменяются также положение точки отрыва и значение Давления, при котором
происходит отрыв. Кроме того, измеренное распределение давления не
совпадает с распределением, вычисленным по теории невязкого течения,
которое скачкообразно изме
48
ГЛАВА I
няется от постоянного значения, как показано на фиг. 39, б штриховой
линией.
Из этих двух фигур можно заключить, что в дозвуковом течении
распределение давления вблизи отрыва и перед ним определяется в первую
очередь распределением давления в невязком течении около тела заданной
формы и лишь во вторую очередь
о.з
0,2
Р-Ро
Чо
0,1
L , |
1 1 г" ReL ' О 0,12- Ю* ? 0,28-Ю6
1 ^Рас дае ^ нее пределени ления в ЯЗКОМ Л 07 е лоне V 0,74' 10е Я
-
1 0 -о- трыв UA- ip 1 . 1
0,6
0,8
10
x/L а
Фиг. 39. Сравнение дозвуковых и сверхзвуковых течений при различных
числах Рейнольдса [38].
а - дозвуковое течение, клин 103; 0,4 < < 0,8; а = -4°; б -
сверхзвуковое тече-
ние, клин 10°; М" = 2.
зависящим от числа Рейнольдса взаимодействием между пограничным слоем и
внешним течением; в сверхзвуковом течении распределение давления вблизи
отрыва определяется в первую очередь зависящим от числа Рейнольдса
взаимодействием (свободное взаимодействие) и только во вторую очередь
распределением давления в невязком течении.
3.2. ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ, ВЫЗВАННОЕ УСТУПАМИ
ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ5НАБЕГАЮЩЕГО ПОТОКА
Для отрывных течений, обусловленных взаимодействием скачков уплотнения,
вызванных уступами, обращенными навстречу потоку или расположенными по
потоку, Чепмен и др. [38] измери-
ВВЕДЕНИЕ в проблемы отрыва потока
49
ля распределение давления при М0 = 2,3 и 2,0 (фиг. 40, 41), где индексом
0 обозначены условия непосредственно перед отрывом. Из этих фигур видно,
