Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
На фиг. 2 показана мгновенная картина дозвукового течения в следе за
цилиндром.
Как видно из фиг. 2, след можно расчленить также и в поперечном
направлении на центральную и пограничную части.
В центральной части изменение кинетической энергии турбулентного
движения, интенсивности ее рассеяния и вихревой вязкости весьма
незначительно, и турбулентность практически одно-
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
79
родна и непрерывна во времени, поэтому эта часть потока называется
центральной областью непрерывного турбулентного движения. В пограничной
области кинетическая энергия турбулентного движения, интенсивность
рассеяния энергии и вихревая вязкость резко уменьшаются в направлении к
внешней границе и турбулентность становится перемежающейся. Степень
перемежаемости определяется параметром ?2, являющимся отношением
промежутка времени, в течение которого существует турбулентное движение,
к полному времени. В цент-ральной области непрерывного турбулентного
движения ?2 = 1 и затем уменьшается до 0 номере приближения к внешней
границе следа. ?2 резко падает от 1 на небольшом расстоянии от оси следа
до нуля (фиг. 3). Таким образом, параметры потока в любой точке (х, у)
следа могут быть выражены (и представлены графически) через независимую
безразмерную переменную вида у/У d (х -4- а).
В следе можно также выделить три различных режима течения - устойчивое,
нерегулярное и переходное - в зависимости от числа Рейнольдса. Например,
при дозвуковых скоростях течение в следе за цилиндром устойчивое в
интервале чисел Рейнольдса 40 < Re^ <150, где d ¦- диаметр цилиндра. В
этом интервале с ростом Rea быстро возрастают числа Струхаля,
определяемые по формуле S = nd/u^t где п - частота, а и," - скорость
невозмущенного потока (фиг. 4).
Полуэмпирическая формула для этого интервала имеет вид [21
S-0,212(1-^1)
или [3]
8-0.105(1--^-).
и получена на основе первоначальных исследований Струхаля [4]. Течение в
следе в интервале 300 < Rea < 10 ООО становится беспорядочным и S мало
изменяется, пока беспорядочные турбулентные "пятна" накладываются на
периодические отрывы потока.
42=y/v4ZfrHz)
Фиг. 3. Параметр перемежаемости Q в следе за круговым цилиндром [68].
------- ?1 = 160, Red = 8400;-----h =
= 650, 800, 950, Red= 1360:--------рас-
пределение средней скорости,Re^ = 1360; х - координата с началом на оси
цилиндра, параллельная невозмущенному течению и совпадающая с ним по
направлению, у - координата, перпендикулярная х; а - расстояние между
геометрическим центром подобия и началом системы координат. (Для цилиндра
а - расстояние, измеряемое вверх по потоку от оси цилиндра вдоль оси х.)
80
ГЛАВА VIII
В промежуточном интервале 150 <С Red <С 300 вследствие беспорядочного
схода вихрей не установлено каких-либо законов для частоты схода (фиг.
4).
При сверх- и гиперзвуковых скоростях в следе образуются скачки уплотнения
и происходит аэродинамический нагрев, однако результаты исследования
течения в следе при малых скоростях
0,220
С(2 ю
0,200
0,190
S
Q180 0,170 0,160 0,150 0,140 0,130 0,120
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 JООО 1100 1200 1300 1400
Red
Фиг. 4. Число Струхаля S в зависимости от числа Рейнольдса Red (цилиндр)
[2].
Значки с "хвостиками" указывают, что скорость вычислялась по частоте
схода вихрей оо второго цилиндра; ф - результаты Коважного.
могут быть использованы при решении задач о следе при сверх-и
гиперзвуковых скоростях благодаря некоторому подобию течений. Возможно
также применение соотношений подобия, полученных для сверх- и
гиперзвуковых скоростей, при решении задач о дозвуковом следе.
Как упоминалось в гл. I, семь характерных свойств течения в следе при
гиперзвуковых скоростях подобны свойствам течения в следе при дозвуковых
скоростях [5].
Однако, как показали Лиз и Хромас, другие четыре свойства течения при
гиперзвуковых скоростях отличны от соответствующих свойств при дозвуковых
скоростях [6] (гл. I). Более того, при дозвуковых скоростях течение в
следе за тупоносым телом
И Я} hV oS.-3*> • t>c*a
<
t> 4 0,2/2 0-W) ь
Ш Я
а <ь ч аипучшая корреляция*
а а, см о 0,0235
яг* о 0,0362 о 0,0д1з д 0,0800 7
00989 > 0,158 < 0,318 я 0,635
/0,21 2(l-- ?/,2\ ?в/
1
1 ,
-д
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
81
(как уже упоминалось) изменяется по времени, вихревая система сильно
развита, и основная частота пропорциональна скорости набегающего потока.
Но с увеличением числа Маха набегающего потока начинает сказываться
сжимаемость среды и наблюдаются существенные изменения в донной области:
исчезает явно выраженный при дозвуковых скоростях периодический Характер
течения и устанавливается стационарная сверхзвуковая картина течения.
Дальнейпхее увеличение числа Маха при больших числах Рейнольдса не
вызывает качественных изменений в области ближнего следа. При высоких
числах Маха вязкие и невязкие области течения подчиняются хорошо
