Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
9
Фиг. 8. Распределения давления по дну выреза; = 22,8 м/с [6].
Ср = (р - Рисх)/(нг Р<4) > Р - местноэ статическое давление; Рисх-
статическое давление в базовой точке отсчета; и^ - скорость набегающего
потока; х - расстояние, измеренное в направлении потопа.
и напряжения трения нечувствительны к высоте уступа, а также к толщине
натекающего пограничного слоя.
Вырезы. Рошко [6] изучил характеристики течения в прямоугольном вырезе
(или щели) в стенке аэродинамической трубы, измеряя давление, скорость,
трение и т. п. при скоростях набегающего воздушного потока 22,8 и 64 м/с.
Распределение статического давления измерялось как на дне, так и на
стенках выреза за передней угловой точкой выреза. На фиг. 8 показаны
распределения статического давлепия по дну выреза для некоторых значений
отношений глубины к ширине. Видно, что во всех слу-чаях, кроме самого
мелкого выреза, давление в вырезе вначале падает, а затем довольно быстро
возрастает. На большей части остальной поверхности дна давление сначала
возрастает с увеличением глубины выреза, но затем уменьшается. В
некоторых случаях давление в мелких вырезах выше, чем в более глубоких
16
ГЛАВА VII
{h/b = 0,25 и 1) при х/b - 0,3 - 0,6. Отметим также, что давление в
мелких вырезах резко возрастает у задней стенки. Пограничный слой,
который отрывается от передней кромки выреза, проникает внутрь него, так
что скорость потока на линии тока,
Фиг. 9. Распределения давления по стенкам выреза и поверхности дна [6]. а
- h/b г= 0,75; б - h/b = 1,00; = 17 м/с; # = 64 м/с.
подходящей к задней кромке, больше нуля. С увеличением глубины ее
величина сначала растет, так что полное давление на задней стенке
возрастает. Если глубина выреза превышает h/b "0,1, оторвавшийся
пограничный слой не достигает поверхности дна. По-видимому,
приблизительно при этом значении глубины выреза образуется развитое
вихревое течение в отличие от течения с диффузией слоя смешения в мелких
вырезах. На фиг. 9 приведены распределения давления по стенкам выреза и
по поверхности дна при hlb = 0,75 и 1.
Давление во всех точках было установившимся. (Для пояснения графиков
следует заметить, что значения давления на стенках
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
17
отложены по той же оси абсцисс, что и значения давления на дне; таким
образом, кривые показывают непрерывное изменение давления по периметру.)
Минимальное давление посередине стенок и дна и максимальное давление в
углах типичны для одного устойчивого вихря. Сопротивление давления на
стенках выреза составило CD = 0,033, где CD отнесен к ширине выреза.
Экспериментальные исследования отрывных течений в вырезах при малых
скоростях (до 28 м/с) показывают, что кривые распределения давления
довольно сложны по форме; приращение давления на передней стенке и на
поверхности дна по большей части отрицательно, а на задней стенке оно
либо положительно, либо отрицательно. Однако во всех случаях давление
быстро возрастает вблизи задней кромки выреза (фиг. 10) [3].
На фиг. 11 показаны измеренные распределения скорости у стенок выреза.
Скорость максимальна у задней стенки, имеет промежуточное значение у
поверхности дна и минимальна у передней стенки, причем максимальное
местное значение (которое меньше половины и <*>) достигается на малом
расстоянии от стенки. Такую же тенденцию можно обнаружить на фиг. 12 для
сечения на промежуточной глубине.
Распределение скорости на фиг. 12 приблизительно такое же, что и при
вихревом вращении жидкости как твердого тела, причем вихрь отделен от
стенок тонким вязким слоем. Вихрь, однако, не строго симметричен,
возможно, вследствие трения, так что максимум скорости на передней стенке
несколько меньше, чем на задней. Эти максимальные значения соответственно
равны и/и со = 0,27 и 0,41, а в середине дна оно равно €,30 [6].
•Фиг. 10. Распределения давления по •стенкам выреза и поверхности дна при
различных значениях относительной глубины выреза; d-i см, Uao-28 м/с [3].
О 0,004 0.00В 0,012 0,016 о
У/ь
0,004 0,008 0.0Г2 0,015
У/Ь
Фиг. 11. Распределения скорости у стенок выреза [6].
а - иоо= 64 м/с, Л/Ь = 1; б -= 22,8 м/с, Л/Ь = 1; у - расстояние по
нормали от поверхности стенки.
0,2 0,4 0,6
Х/Ь
0,8 1,0
Фиг. 12. Расчетное распределение скорости в некотором сечении выреза; и
"о = 22,8 м/с [6].
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИИ
19
Тани и др. [3] измерили распределение средней скорости турбулентного
течения, а также интенсивность турбулентности и напряжение турбулентного
трения и привели их к безразмерному виду, отнеся к соответствующим
величинам в набегающем потоке (фиг. 13, 14). Из этих распределений видно,
что напряжение трения больше в зоне смешения узкого выреза (h/b = 0,4), а
турбулентность интенсивнее, чем в вырезе квадратной формы (h/b = 1).
Коэффициент поверхностного трения, отнесенный к ширине выреза, по
измерениям Рошко составил величину порядка 0,0004
ос, см
Фиг. 13. Распределения в нескольких поперечных сечениях выреза продольной
