Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
смеси керосина и ламповой сажи. Совпадение кривых удовлетворительное.
Число Рейнольдса, рассчитанное по составляющей вектора скорости,
нормальной к оси цилиндра, составляло - 20 ООО, и течение было
ламинарным.
/У5°
Фиг. 11. Расчетные поверхностная линия тока и линия тока потенциального
течения на круговом цилиндре, угол скольжения 45° [22].
ОТРЫВ ЛАМИНАРНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ НА ПРОСТРАН. ТЕЛАХ 127
На скользящем или стреловидном крыле очень большого удлинения отрыв
потока рассчитывается по поперечной составляющей скорости независимо от
продольного обтекания. В случае прямой стреловидности возрастает
поверхность, занятая устойчивым ламинарным течением, и уменьшается
подъемная сила, при которой наступает отрыв [23]. Например, в
соответствии с теорией двумерного обтекания, если на крыле возникают
обратные течения в пограничном слое и создается максимальная подъемная
сила при CL = 1,4, то при угле скольжения 45° возникает отрыв,
сопровождаемый полностью развитым стенанием пограничного-слоя в
направлении размаха, при CL = 0,7. При угле скольжения 60° коэффициент
максимальной подъемной силы падает еще больше, почти до значения 0,35.
3. 3. ОТРЫВ ЛАМИНАРНОГО ПОТОКА НА КОНУСЕ
ПОД УГЛСМ АТАКИ
Наглядным примером трехмерного течения может служить-обтекание кругового
конуса под углом атаки. В экспериментах с конусами с полууглами при
вершине 7,5, 12,5 и40°, проведенных в водяной трубе при значении числа
Рейнольдса ~2,7 -104, вычисленного по длине конуса, был обеспечен
ламинарный характер течения внутри пограничного слоя, оторвавшейся
вихревой поверхности и ядра завихренности и измерены распределение
давления, положение и интенсивность вихрей и угловая координата линий
отрыва и присоединения [24].
Следует заметить, что отрыв ламинарного потока на круговом конусе
приводит к образованию сравнительно устойчивых вихрей, направленных по
потоку, в отличие от нерегулярного течения перемешивания со срывом вихрей
(бафтинг) при отрыве двумерного потока. Кроме того, распределение
давления по поверхности конуса под углом атаки при дозвуковых скоростях
не является коническим, как при сверхзвуковых скоростях.
Картина образования вихрей зависит от величины относительного угла атаки
а/0с, где 0С - полуугол при вершине конуса.
Распределение давления по поверхности в продольном направлении показано
на фиг. 12, где х - расстояние от вершины вдоль оси конуса, L - длина
конуса вдоль оси. Как видно из фиг. 12. распределение давления в
продольном направлении с достаточной степенью точности можно рассчитать с
помощью теории тонкого тела Лейтона [25]. Распределение давления в
окружном направлении при а/вс = 3,0 показано на фиг. 13. При этом
значении относительного угла атаки возникают три вихря: первичный,
вторичный и третичный (фиг. 14).
Рассмотрим картину образования вихрей в следующих трех интервалах
значений а/0с:
128
ГЛАВА III
1) Малые значения a/Qc (а/0с ^ 0,6).
Пограничный слой, нарастающий от линии растекания потока на нижней
поверхности Ai (ф = 0°), не отрывается, но происходит накопление жидкости
с малой энергией на верхней половине
oc/L
Фиг. 12. Распределение давления по поверхности конуса в продольном
направлении при нулевом угле атаки [24].
О, ? теория [25]; х, + эксперимент [26].
конуса, так что толщина пограничного слоя максимальна на верхней
образующей (ф = 180°).
2) Умеренные значения а/0с.
0,6 < а/0с < 1,6 при 0С = 12,5°,
0,6 < а/0с < 2,2 при 0С = 7,5°.
Зарождение отрыва можно ожидать при а/0с " 3/4, но первоначальные
признаки отрыва потока до а/0с "1,1 очень слабы. При а/0с я; 1,1 и более
вихревые поверхности, отделившиеся от поверхности конуса вдоль линии
первичного отрыва Si, свертываются, образуя симметрично расположенные
первичные вихри Vi значительной интенсивности. Эти вихревые поверхности
образованы не только жидкостью из пограничного слоя на нижней
Фиг. 13. Распределение давления по поверхности конуса в окружном
направлении [24, 26].
х конус 7,5°; д конус 12,5°. ср - меридиональный угол, отсчитываемый от
наветренной образующей.
Фиг. 14. Образование вихрей около конуса, 0С = 7,5°, а/0с = 3,5 [24].
Vt - первичный вихрь; V, - вторичный вихрь; V3 - третичный вихрь; Si, S2
- линии отрыва первичного и вторичного потока; Ai, А2 -- наветренная и
подветренная образующие; А3 - линии присоединения третичного течения.
9-0507
130
ГЛАВА IIT
поверхности конуса между Ai и Si, но также жидкостью из пограничного слоя
на поверхности между вторичной линией присоединения А2 (ф = .180°) и Si.
3) Большие значения а/0с.
1,6 < а/0с < 3,5 при 0С = 12,5°,
2,2 < а/0с <С'5,5 при 0С = 7,5°.
Пограничный слой на верхней поверхности, начинающийся от А % (<р = 180°),
отделяется вдоль линии S2, и образовавшаяся таким образом вихревая
поверхность свертывается в сравнительно слабый третичный вихрь V 3,
направленный в противоположную сторону относительно первичного и
вторичного вихрей. Эта вихревая поверхность также подпитывается жидкостью
