Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
форме границы пограничного слоя. Как подтверждает эксперимент, местное
влияние системы скачков не может распространяться слишком далеко от точки
падения скачка, так как при приближении к стенке скачок давления
постепенно компенсируется расширением потока. Таким образом, повышение
давления происходит главным образом вследствие самоинду-цирования и
приращение давления, вызывающее отрыв, создается перед скачком
уплотнения. Предполагая, что утолщение и утонъ-шение пограничного слоя
симметричны, найдем
Ф и г. 11. Схема течения с зарождающимся отрывом [12].
С
зарожд. огр
= 2С"
(47)
Это соотношение подтверждают эксперименты Хаккинена и др.
ОТРЫВ ПОТОКА ГАЗА
255
3.1.2. Плоская пластина. Турбулентный пограничный слой
Теоретическое решение для отрыва турбулентного потока, индуцированного
скачком уплотнения, получить гораздо труднее, чем для ламинарного потока,
поэтому оценка приращения давления при отрыве турбулентного потока
производится главным образом экспериментально. При взаимодействии скачка
с турбулентным пограничным слоем коэффициент давления CPS, как и в случае
ламинарного пограничного слоя, пропорционален Ус/ , но, как и
предполагалось, приращение давления в турбулентном
Фиг. 12. Давление отрыва и давление в точке перегиба кривой давления;
турбулентный пограничный слой, Неж() = 5-105 [2].
-давление в точке перегиба; pg - давление в точке отрыва.
потоке слабее зависит от числа Рейнольдса [13]. Как показано на фиг. 12,
при отрыве турбулентного потока, индуцированном скачком уплотнения,
давление в точке перегиба не очень отличается от давления отрыва.
В турбулентном потоке давление, при котором происходит отрыв, и
отклонение потока возрастают с увеличением М при постоянном значении Reg
; они также возрастают с уменьшением Reso при постоянном значении М, как
это видно из фиг. 13 и 14 [29].
3.1.3. Искривленная поверхность
Теоретически и экспериментально показано [30], что при взаимодействии
скачка с ламинарным пограничным слоем на выпуклой поверхности кривизна
способствует уменьшению приращения давления в точке полностью развитого
отрыва [25, 30]; однако результаты, полученные для плоской пластины,
примени-
7
777777777777777777777777.Г
о ! I I I I I I___I I I I I I I I
2 3 4 6 8 10s 2 3 4 6 8 10B
R%
Фиг. 13. Влияние числа Рейнольдса на приращение давления при
зарождающемся отрыве турбулентного пограничного слоя, вызванном падающим
скачком уплотнения [29].
О скачок, падающий на плоскую пластину (зарождающийся отрыв
обнаруживается по появлению горба на кривой давления); точки получены
перестроением кривых с фиг. 17 работы [29]; ? скачок, падающий на стенку
аэродинамической трубы (зарождающийся отрыв обнаруживается путем
зондирования пограничного слоя) [16].
Фиг. 14. Влияние числа Рейнолрдса на угол отклонения потока при
зарождающемся отрыве турбулентного пограничного слоя, вызванном падающим
скачком уплотнения [29].
О скачок, падающий на плоскую пластину (зарождающийся отрыв
обнаруживается по появлению горба на кривой давления); точки получены
перестроением кривых с фиг. 17 работы [29]; G скачок, падающий на стенку
аэродинамической трубы (зарождающийся отрыв обнаруживается путем
зондирования пограничного слоя) [16].
ОТРЫВ ПОТОКА ГАЗА
а
6
мы, если радиус кривизны не очень мал [31]. Кривизна увеличивает
интенсивность скачка, который может существовать, не вызывая отрыва [30].
Отрыв, вызываемый скачком уплотнения, падающим на вогнутую поверхность,
отличается от отрыва на выпуклой поверхности, причем отрыв на вогнутой
поверхности связан со
сжатием потока, напоминающим скачок уплотнения (фиг. 15).
Небольшая область установившегося отрыва турбулентного потока постепенно
растет в отличие от большой области неустановившегося отрыва
турбулентного потока, переход к которой происходит иногда внезапно [30].
Для данных чисел Рейнольдса и Маха приращение давления перед отрывом на
искривленной поверхности больше, чем при обтекании угла, меньшего л (угол
сжатия), и увеличивается с увеличением радиуса кривизны поверхности [29].
Давление в углах сжатия (перед наклонной стенкой) гораздо проще
вычислить, чем на искривленной поверхности. Типичные характеристики
отрыва потока около углов сжатия (или перед наклонными стенками) показаны
на фиг. 16 [4, 13, 18, 32, 33], где Cf - местный коэффициент трения при
нулевом градиенте давления.
При всех режимах течения коэффициент поверхностного трения в области
отрыва отрицателен. Ламинарное течение имеет характерную
область плато давления, а при турбулентном течении давление в области
отрыва растет. Течение переходного типа сочетает свойства ламинарного и
турбулентного течений. Давление после присоединения потока обычно
совпадает с вычисленным для невязкого газа, но при некоторых условиях оно
может превышать это значение, что объясняется более низким уровнем
местной энтропии, обусловленным сжатием невязкого потока в нескольких
скачках уплотнения в окрестности отрыва. Сжатие в нескольких скачках
