Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
на фиг. 51.
Когда число Рейнольдса, вычисленное по толщине пограничного слоя,
превышает некоторое значение, образуется пузырь.
Внешняя часть пограничного слоя
77777777777777%^
У7777777777777777.
// нав^аничпыи (,/ши
//777777777777777777777777Х'.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
61
При отрыве, сопровождающемся образованием пузыря, возможно последующее
присоединение потока к поверхности, но если пузырь в ламинарном слое
разрушается, то происходит срыв с передней кромки. Существуют два вида
пузырей: короткие и длинные. Короткий пузырь расположен между точками
отрыва и присоединения, и воздух в нем вовлечен в циркуляционное
движение. Этот пузырь разрушается, сжимаясь, например, при возрастании
угла атаки. Затем поток полностью отрывается от поверхности без
последующего присоединения. Длина пузыря небольшая, например, на крыловом
профиле она имеет порядок 1 % от длины хорды, и пузырь не оказывает
существенного влияния на распределение давления. Однако при разрушении
пузыря происходит срыв, приводящий к резкой потере подъемной силы и к
возрастанию сопротивления. Длинный пузырь, длина которого сравнительно
велика (2 или 3% от длины хорды), разрушается аналогичным образом, однако
без последующего полного срыва потока; оторвавшийся поток движется над
поверхностью тела и затем присоединяется ниже по течению или у задней
кромки. При наличии длинного пузыря распределение давления изменяется,
однако потери подъемной силы незначительны.
Отрывный пузырь способствует турбулизации пограничного слоя ниже по
течению. Это случай так называемого срыва с задней кромки. Все три случая
(короткие и длинные пузыри, а также срыв с задней кромки) изучены
Маккаллохом и Голтом [31] для толстого крылового профиля (NACA 633-018) и
некоторых других крыловых профилей (фиг. 52). На таком толстом крыловом
профиле короткий пузырь образуется при умеренных углах атаки и сжимается,
но не разрушается до достижения максимальной подъемной силы вследствие
перемещения точки отрыва турбулентного слоя вверх по потоку. Образование
короткого пузыря возможно только в определенном интервале чисел
Рейнольдса, зависящем от распределения давления, кривизны и неровностей
поверхности, а также от турбулентности набегающего потока.
Хотя простое объяснение образования короткого пузыря, данное Денхоффом
[32], нельзя считать достаточно точным для коли-
62
ГЛАВА VII
чественных оценок, тем не менее оно до сих пор позволяет качественно
объяснить влияние числа Рейнольдса на срывные характеристики крылового
профиля [31, 33]. На основе результатов
измерений на пластине при наличии положительного градиента давления Ден-
хофф заключил, что отрывное течение направлено по касательной к
поверхности от точки отрыва и что переход происходит в отрывном течении.
Последующее развитие турбулентного течения является причиной
присоединения потока к поверхности. На фиг. 53 приведены схема и размеры
ламйнар-ного отрывного пузыря треугольной формы.
Из точки отрыва по касательной к поверхности отложен отрезок длиной 5-104
v/ues, где ues - ско-рость на границе пограничного слоя в точке отрыва;
затем из конца этого отрезка под углом 15° к нему проведена другая линия
для нахождения точки присоединения. Отрыв возникает, если положительный
градиент давления достаточно велик, а присоединение происходит, когда
г
Фиг. 53. Короткий пузырь [32].
Крыловой профиль NACA 2412.
потоку сообщается энергия, противодействующая диссипации, которая
достаточна для поддержания циркуляционного течения, т. е. поток
становится турбулентным. Последующее присоедине-
1,6
1,4
12
ъ
1,0
0,6
0,6
0,4
0,2
О
4 8 12 16 20
0 4 6 12 16 20
0 4 в 12 16 20
0 4 8 12 16 20
0 4 8 12 16
со
Фиг. 52. Коэффициент подъемной силы С L профиля в зависимости от угла
атаки а; Re = 5,8.10е [31].
Тип профиля: О NACA 638-018; ? NACA 63i-012; О NACA 63-009; ANACA 64А006;
¦ ромбовидный профиль.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
63
ние зависит от числа Рейнольдса, и если число Рейнольдса потока больше
некоторого критического значения, поток становится неустановившимся,
усиливается циркуляционное течение и поток присоединяется [34]. Тани [35]
предложил в качестве критического значения Нее крит = uesQ/\ = 210. На
основе изучения большого числа имеющихся экспериментальных данных Оуэн и
Клен-фер [361 связали образование пузыря с числом Рейнольдса, вычисленным
по толщине пограничного слоя. Если число Рейнольдса в точке отрыва Rea* -
ueS6*/v больше 400-500, образуется
короткий пузырь; если же Кеа* меньше, чем Кеа* , образуется длинный
пузырь (6jg - толщина вытеснения пограничного слоя в точке отрыва). Голт
[37] показал, однако, что не существует универсального значения Rea* для
определения момента
разрушения короткого пузыря. Поток с Кеа* до разрушения, большим 500,
будет иметь Пев*> меньший 500, как только разрушится короткий пузырь. Из
наблюдений Голта следует, что Rea*-
сомнительный параметр для предсказания разрушения короткого пузыря. В
