Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
Существует следующая связь между давлением и толщиной пограничного слоя:
так как отрыву потока соответствует утолще-
Ф и г. 5. Отрыв турбулентного пограничного слоя у основания скачка
уплотнения на поверхности крылового профиля. Определение некоторых
значений давления на поверхности [2]. xsjj - положение скачка уплотнения.
ние пограничного слоя, то присоединению потока (процессу, обратному
отрыву) соответствует его утонынение. Поток отрывается в том месте, где
напряжение трения равно нулю; однако напряжение трения восстанавливается
после присоединения потока. Поэтому профили пограничного слоя являются
важными факторами при отрыве потока, вызванном скачком уплотнения. Интен-
ОТРЫВ ПОТОКА ТАЗА
247
сивность ударной волны влияет на полное приращение давления в областях
отрыва и присоединения только через профиль пограничного слоя в точках
отрыва и присоединения потока. Большее приращение давления,
соответствующее более интенсивному скачку уплотнения, создается в
основном в области между отрывом и присоединением. Но поскольку в этой
области повышение давления происходит весьма медленно, рост интенсивности
скачка уплотнения сопровождается существенным увеличением протяженности
области отрывного течения, причем точка отрыва перемещается вверх по
потоку, обеспечивая непрерывное поддержание равновесия между полным
приращением давления и силами в вязком потоке.
2.3. УСТУПЫ
Вкратце рассмотрим отрыв потока около уступов, о чем уже говорилось в гл.
I.
2.3.1. Уступы, обращенные навстречу потоку
Перед уступом, обращенным навстречу потоку, возникает >трыв, если только
высота уступа не пренебрежимо мала по срав-
х, мм
ф и г. 6. Распределение давления на поверхности веред уступом в
зависимости от высоты уступа; турбулентный пограничный слой [2].
О точка отрыва (приблизительно) 6 - 5 мм; р ( - давление торможения в
набегающем потоке перед отрывом.
нению с толщиной пограничного слоя. Точка отрыва не известна го ранее, и
равновесное течение устанавливается само собой, но
248
ГЛАВА VI
точка присоединения потока располагается в верхнем углу уступа. Высота
уступа сильно влияет на распределение давления вдоль поверхности за
точкой отрыва (фиг. 6).
Максимум давления в турбулентном оторвавшемся потоке был вычислен Лавом
[17] в интервале чисел Маха 1,5 < М0 < 3,5 и h > б
а также Стерретом и Эмери [181 в интервале чисел Маха 3,5 Ме ^ 6,5 и h >
б
2.3.2. Уступы, расположенные по потоку
Размер области отрыва наибольший в ламинарном потоке, наименьший в
турбулентном потоке и промежуточный в потоке переходного типа. Давление в
области отрыва меньше по сравнению с давлением вверх по потоку от отрыва.
Давление в области отрыва наименьшее в турбулентном потоке, наибольшее в
ламинарном потоке и промежуточное в потоке переходного типа. Около уступа
давление постоянно при любом режиме течения.
Параметры потока около уступа, расположенного по потоку, можно определить
по методу Чепмена и др. [13]. Подробнее об этом методе см. гл. VII.
2.4. ПРЯМОЙ И ПОЧТИ ПРЯМОЙ СКАЧКИ УПЛОТНЕНИЯ
В случае прямого скачка уплотнения число Маха набегающего потока и
интенсивность скачка уплотнения взаимосвязаны. Однако в полностью
развитом отрывном течении, вызванном прямым скачком уплотнения, не были
выделены отдельные участки области отрыва, как в случае рассмотренных
выше отрывов, вызванных косыми скачками уплотнения. Причины недостаточно
глубокого исследования взаимодействия прямого скачка уплотнения с
пограничным слоем в отличие от других типов взаимодействия заключаются в
том, что, во-первых, течение за прямым скачком дозвуковое и сильно влияет
на присоединение потока, на величину конечного давления и, возможно, на
всю картину взаимодействия; во-вторых, часто трудно поддержать
установившиеся параметры потока, что необходимо для детальных
исследований [2].
Одно из немногих исследований взаимодействия прямого скачка уплотнения с
пограничным слоем, включая отрывы с другими видами скачков, выполнено
Нусдорфером [19]. Оно показало, что в сверхзвуковых диффузорах возможны
три вида взаимодействия.
С
3,2
рмакс 8+(М0 - I)2 '
1,5 . 9,1
Mg Н Mg '
ОТРЫВ ПОТОКА ГАЗА
249
соответствующие прямому, искривленному и разветвленному (^-образному)
скачкам уплотнения (фиг. 7). Скачок заданной интенсивности,
взаимодействующий с турбулентным пограничным
6
С
мШЩ:
в
Ф и г. 7. Типы скачков уплотнения, взаимодействующих с пограничным слоем
в сверхзвуковом потоке при числе Маха, немного большем 1 [19]. а - прямой
скачок; б - искривленный скачок; в - Я,-образный скачок.
слоем, оказывает одинаковое влияние на слой независимо от того, создан ли
он тупым телом или входным участком сверхзвукового диффузора.
Прямой скачок возникал при числах Маха, меньших 1,3. Этот слабый плоский
скачок направлен перпендикулярно потоку и не вызывает отрыва, вероятно,
вследствие малой интенсивности. Однако два других скачка уплотнения
вызывают отрыв. Искривленный скачок постепенно изменяет свой наклон с
