Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
наклона течения к поверхности тела в точках отрыва и присоединения, в то
время как при отрывных возвратно-циркуляционных течениях поверхность тела
в точках отрыва и присоединения в общем случае почти перпендикулярна
направлению течения. Отрывные течения этих
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИИ
9
двух типов вызываются разрывным характером геометрической формы
поверхности тела. Однако образование отрывного пузыря связано с
динамическими характеристиками течения, приводящими к циркуляционному
движению над гладкой поверхностью. Существуют два вида пузырей - короткие
и длинные. Если короткий пузырь при ламинарном течении около профиля
крыла разрушается, то возникает срыв потока с передней кромки, приводящий
к резкому возрастанию сопротивления и потере подъемной силы.
Отрывные течения могут возникать и на передней кромке. Такая проблема
рассматривается в гл. IX, где основное внимание уделяется условию
образования и механизму отрыва с передней кромки.
В гл. X приводятся конкретные характеристики отрывных течений и течений в
следе, связанные с давлением на поверхности: тела, примыкающей к области
отрыва.
Проблемы теплопередачи в отрывных течениях рассматриваются в гл. XI.
Из соображений компактности изложения каждой главы материалы,
содержащиеся в гл. VII, IX и XI, до некоторой степени перекрывают друг
друга.
В разд. 1 данной главы описаны физические картины течений и даны
теоретические решения для отрывных течений около двумерных поверхностей и
осесимметричных тел; в разд. 2 рассмотрены отрывные пузыри, возникающие
при отрыве потока на передних кромках. Отрывное течение в сильной степени
зависит от природы потока - ламинарного, переходного или турбулентного. В
дозвуковом потоке число Рейнольдса оторвавшегося ламинарного пограничного
слоя достигает примерно 50 ООО [1]. Поэтому при дозвуковых скоростях
проблема чисто ламинарных отрывных течений может не иметь практического
значения, однако ввиду того, что в сжимаемом потоке ламйнарное отрывное
течение довольно устойчиво и его устойчивость повышается с ростом числа
Маха (например, до гилерзвуковых скоростей), ламинарные отрывные-течения
газа могут приобрести практический интерес.
Отрывные течения могут возникнуть при отклоненных щитках, интерцепторах,
в сопле ракетного двигателя, работающего в режиме перерасширения, на
подветренной стороне тела, имеющего большой угол атаки, на поверхности
корпуса корабля, бомбового отсека, в открытой кабине или аварийном люке и
т. д. В большинстве случаев вихри в отрывных течениях являются
неустановившимися и их экспериментальное изучение весьма затруднительно,
однако в выемках удается получить установившийся внутренний вихрь.
Исследуя такие вихри, можно понять механизм реальных вихреобразований и
природу шума, создаваемого гидродинамическими причинами.
10
ГЛАВА VII
1. ОТРЫВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ОКОЛО ДВУМЕРНЫХ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛ И ЗА НИМИ
В этом разделе будут рассмотрены характеристики отрывных течений жидкости
и газа около двумерных и осесимметричных тел, как уступ, донный срез,
криволинейная стенка, вогнутая поверхность ит. д., и за этими телами с
соответствующими ссылками па известные экспериментальные и теоретические
исследования.
Часто точение внутри полости или нузыря называют "застойным" ("мертвым").
В застойной зоне скорость не обязательно равна нулю. В этой области
существуют сложные вихревые псустано-вившиеся трехмерные течения, даже
если отрыв потока происходит на двумерной поверхности или за ней. В
области присоединения ламинарного пограничного слоя на двумерной модели в
сверхзвуковом потоке наблюдались интенсивные регулярные периодические
возмущения в направлении размаха [2]. При обтекании дозвуковым потоком
срезов или уступов двумерных тел
возникают течения нескольких типов [3]. Таким образом, отрывные течения
около тел простейшей геометрической формы являются довольно сложными, что
свидетельствует о сложной природе отрывных течений в общем случае.
Вдобавок к этому при исследовании течений сжимаемой среды необходимо
учитывать влияние взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем.
1.1. ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ
Вигардт [4] измерил (в диапазоне дозвуковых скоростей в аэродинами-
ческойтрубе) возрастание сопротивления различных препятствий, например
уступов различных форм, перегородок из пластин, заклепок и т. п. в потоке
воздуха, движущегося со скоростью 25 м/с, при изменении числа Re* = и
о°х/х от 2,8-10(r) до 7,2-106, где х - расстояние до препятствия от
критической точки при турбулентном режиме. Кроме того, он визуально
исследовал формирование вихрей, образованных уступами и перегородками в
водяной трубе при скорости течения 12 м/с. Визуализация течения
производилась с помощью алюминиевого порошка. Тилман
Фиг. 1. Коэффициент сопротивления двумерного прямоугольного выступа,
расположенного перпендикулярно к набегающему потоку [4]. beConst; Ь = о(c);
и, ^ = 2 5 м/с; * = 4,34 м; 6 = 67 мм; зси^/v = = 7,1 -106.
