Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
(риг. 8. Стенка, движущаяся против течения [12].
определения точки отрыва может быть сведена к задаче установившегося
течения, если стенка движется либо вниз, либо вверх по потоку.
Если стенка движется вниз по потоку, то в области отрыва образуется
профиль скорости, как на фиг. 7. Отрыв происходит не на стенке, а на
некоторой высоте над стенкой, и пограничный слой течет под отрывной
зоной. Точка отрыва перемещается вниз по потоку, и это перемещение
зависит от скорости стенки по линейному закону, но оно относительно мало
чувствительно к градиенту давления.
На фиг. 8 показан профиль скорости для случая, когда стенка движется
вверх по потоку.
ОТРЫВ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ПОТОКА жидкости
225
Отрыв возникает в том месте, где профиль скорости имеет достаточно
большой плоский вертикальный участок с особенностью у основания и где
скорость резко меняется от нуля вблизи
Фиг. 9. Влияние скорости стенки на наблюдаемое положение точки отрыва
[13].
--- - отношение абсолютной величины вертикальной составляющей скорости в
по-иоо
граничном слое (скорости стенки) к скорости набегающего потока.
Обозна- чения Модель Знак V/Uoo Red Положение точки отрыва
(град) при У=0 Источник
х 1 + в-m 120 [13]
? 1 Цилиндр с об- + 2-т 133 *
• [ текателем - 6-10^ 120 [13]
° 1 - 2-104 131 *
А 1 Цилиндр без + 2-104 85 ¦
Д J обтекателя * WADC TR-59-75, 1959 - 2-104 85 *
стенки до скорости стенки на самой стенке. Пограничный слой содержит
подслой с возвратно-циркуляционным течением, который простирается от
передней критической точки до точки отрыва, причем в пограничном слое не
должно быть отрывного течения.
I 5-0507
226
ГЛАВА V
Поэтому критерий отрыва ламинарного потока на движущейся стенке может
быть сформулирован в виде двух условий: ди/ду = О и и = 0 в одной и той
же точке независимо от направления движения стенки. Единственным
достоверным экспериментальным указанием на отрывное течение, когда стенка
движется, является поведение вертикальной составляющей скорости в
пограничном слое. Влияние скорости стенки на наблюдаемое положение отрыва
ламинарного потока показано на фиг. 9.
Приближенное решение (развивающее исследование Польгаузена) [14]
предсказывает отрыв ламинарного потока в случае стенки, движущейся вниз
по потоку; но для стенки, движущейся вверх по потоку, нет теоретических
исследований, позволяющих предсказать отрыв.
Завершим теперь эту главу рассмотрением нестационарное(tm) потока при
отрыве. Можно выделить два типа нестационарных потоков: квазистационарный
и переходный [15]. Квазистационар-ный поток периодичен, т. е. его
основные характеристики не меняются по времени. Структура потока
переходного типа меняется из одного устойчивого положения, которое может
быть нестационарным, в другое.
Широко известная вихревая цепочка Кармана, колеблющееся крыло и
установившийся срыв потока на вращающихся телах принадлежат к первому
случаю. В общем случае возникают периодически срывающиеся вихри. Из-за
таких срывающихся вихрей работа турбомашин и трубопроводов сопровождается
шумом.
Отрыв переходного типа возможен при разгоне реактивного двигателя до
рабочей скорости. В течение периода разгона может быть несколько
различных конфигураций отрывных течений.
Явления нестационарности потока при отрыве характеризуются пульсирующими
процессами в застойных зонах, которые в настоящее время не могут быть
описаны теоретически. Поэтому частота и размеры пульсирующих вихрей, а
также нестационарные силы и давления могут быть определены только
экспериментально.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шлихт инг Г., Теория пограничного слоя, изд-во "Наука", 1969.
2. Современное состояние гидроаэродинамики вязкой жидкости, т. 2, под
ред. Гольдштейна, ИЛ, 1948.
3. Schwabe М., Uber Druckermittlung in der instationaren ebener Stro-
mung, Ing.- Arch., 6, p. 34 (1935); см. также NACA TM 1039, 1943.
4. Goldstein S., Rosenhead L., Boundary Layer Growth, Proc. Cambridge
Phil. Soc., Vol. 32, pp. 392-401, 1936.
5. Wundt H., Wachstum der laminaren Grenzschicht an schrag angestrom-ten
Zylindern bei Anfahrt aus der Ruhe, Ing.- Arch., 23, p. 212 (1955).
6. Blasius H., Grenzschichten in Fliissigkeiten mit kleiner Reibung, Z.
Math. Phys., 56 (1908).
ОТРЫВ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ
227
7. Gortler Н,, Grenzschichtentstehung an Zylinder bei Anfahrt aus der
Ruhe, Arch. Math., 1, p. 138 (1948).
8 Tollmien W., Grenzschichten, Handbuch der Experimental Physlk, Vol. 4,
Part 1, p. 274, 1931.
9. Tollmien W., Die zeitliche Entwicklung der Laminaren Grenzschicht
an rotierenden Zylindern, диссертация, Gottingen, 1924; см. также
Handbuch der Experimental Physik, Vol. 4, Part 1, p. 274, 1931.
10. Б о 11 z e E-, Grenzschichten an Rotationskorpern in Fliissigkeiten
mit kleiner Reibung, Thesis, Gottingen, 1908.
11. Gortler H., Veranderung und Wirkung der Laminar Grenzschicht und
Druckwiderstand, Ing.- Arch., 14, 286 (1944).
12. Ludwig G. R., An Experimental Investigation of Laminar Separation
