Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
контрольной поверхности, a we - максимальный расход, с которым
оторвавшаяся от основного потока жидкость постепенно возвращается
эжектиро-ванием в основной поток. Численное значение этого параметра
получить нельзя, поэтому о - качественный параметр. Хотя из-за этого
пользоваться о-параметром не так просто, тем не менее он может
применяться при исследовании отрыва внутреннего потока. При о < 1, т. е.
we > wb, отрыв не может существовать постоянно, так что течение является
неустановившимся. При о = = 1 происходит установившийся отрыв, и часть
потока занимает течение с постоянной циркуляцией. При а > 1 существует
область струйного течения периодического типа, большая, чем область
отрыва. В этом случае часть оторвавшегося потока отделяется и движется
вниз по течению. Этот процесс непрерывно повторяется. При визуальном
исследовании картины течения с помощью красителей Клайн установил, что
отрыв является развивающимся процессом, т. е. он начинается в локальной
области, в которой wb > we. С ростом области отрыва основной поток
отходит от стенки, вызывая локальное уменьшение we и дальнейший рост
области отрыва до установления устойчивой картины течения. С помощью
этого процесса развития отрыва можно объяснить эксперимент Кохрана и
Клайна с направляющими лопатками.
На фиг. 17 показано установившееся течение. На фиг. 18 изображены линии
тока, которые возникают, когда область отрыва начинает увеличиваться.
Если условия течения соответствуют фиг. 18, то направляющие лопатки
оказываются под нагрузкой, так как приобретают некоторый угол атаки
вследствие изменения направления линий тока. Под действием этих нагрузок
основной поток поворачивает к области, в которой начался отрыв; при этом
we увеличивается. Так как усиление неравенства we> wb способствует
сокращению размеров области отрыва и повышению давления ниже по потоку,
то градиент давления увеличивается, а отрыв потока ослабляется. Кроме
того, каждая лопатка в интервале углов атаки, близких к нулю, подчиняется
условию Жуков-
184
ГЛАВА IV
ского - Кутта, так что полученный выше результат следует также из
рассмотрения каждой лопатки как крылового профиля. Действительная роль
направляющих лопаток заключается в стабилизации поля течения путем
изменения переходной стадии отрыва.
Фиг. 17. Установившееся течение при наличии коротких направляющих
лопаток, 20 = 28° [3].
Фиг. 18. Действие направляющих лопаток при изменяющихся условиях течения
[3].
Обратное течение переходного типа (не существует без направляющих
лопаток), восстанавливающее поток от в к г.
• Низкое
-т......... / давление
У77777777^77777777Л
Высокое давление
Фиг. 19. Отрыв потока перед уступом [3].
Фиг. 20. Нестационарный рост области отрыва перед уступом [3].
В симметричном потоке направляющие лопатки оказывают очень слабое влияние
на течение, но, как только возникает и начинает развиваться отрыв,
направляющие лопатки вызывают местное увеличение we в соответствующих
областях течения (фиг. 19, 20). Это оказывает некоторое восстанавливающее
действие, которое невозможно в диффузоре без направляющих лопаток.
Различие между внешним и внутренним течениями можно также объяснить из
рассмотрения процесса роста области отрыва Аэродивамические
характеристики обычного крылового профиля резко ухудшаются сразу же после
возникновения сильного срыва
ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ
185
потока, а результаты, полученные Гибсоном [30] для конического диффузора
и Кохраном и Клайном [42] для двумерного диффузора, указывают на
постепенное ухудшение характеристик после возникновения срыва. По-
видимому, соседняя твердая стенка оказывает ограничивающее влияние на
основной поток, сдерживая рост больших областей отрыва. В отличие от
этого при внешнем обтекании область отрыва разрастается до некоторых
размеров, и значительная часть поверхности профиля постоянно занята
областью установившегося отрыва, причем полный срыв потока начинается в
относительно фиксированном положении. Однако при течении в каналах с
большим отношением L/Wi существует определенный и важный режим, при
котором возникают большие области отрыва, периодически "размываемые" на
значительное расстояние [3].
В области отрыва не применима классическая теория пограничного слоя, в
которой предполагается др/ду = 0. Несправедливость этого предположения
обнаружил Хьюсон [43], измеряя градиент давления вблизи отрыва. Положение
точки отрыва, найденное из интегрального соотношения Кармана (гл. II,
разд. 3), находится ниже по потоку по сравнению с более точным расчетом и
не совпадает с экспериментальными данными о положении срыва [44]. Поэтому
расчет положения срыва в предположении о малости др/ду или при
использовании интегрального соотношения Кармана дал бы весьма
сомнительные результаты.
3.2. ДВУМЕРНЫЕ ДОЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ
СТЕНКАМИ
Фокс и Клайн [45] исследовали три различных режима течения в диффузоре с
криволинейными стенками при увеличении относительного расширения (или
