Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
Для областей отрыва потока за донным срезом и в вырезах перед уступами
или за ними при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях переход пограничного
слоя является важным фактором, влияющим на критическую длину (см. ниже),
которая в первом приближении не зависит от чисел Рейнольдса и Маха.
Существует максимальное (критическое) отношение длины оторвавшегося
вязкого слоя к глубине выреза в твердой стенке, при превышении которого
каверна разрушается с образованием самостоятельных областей отрыва около
каждого края выреза. Путем измерения распределений давления и скорости в
кавернах Харват и др. [8] выявили условия образования самостоятельных
каверн в вырезах и установили параметры, определяющие структуру течения и
распределение давления. Харват использовал две модели: одну для измерения
давления, другую - для исследования теплопередачи. Так как вторая модель
будет рассмотрена в гл. XI, сосредоточим внимание только на модели для
исследования характеристик потока. Исследования Харвата [8] являются
экспериментальными и касаются главным образом физики отрыва потока
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
33
в интервале чисел Маха набегающего потока 1,9 ^ М^ 2,78, а не
количественных расчетов соответствующих характеристик
отрыва
Дна дву/черного выреза Нарум<ный диаметр осесимметричной иглы Плоскость
симметрии (свободный след)
и
Ф п г. 25. Фотографии процесса замыкания каверны (а -* в), типичные
распределения давления (г, д), схемы моделей (е - и) и обозначения; М0 =
2,78, blh^ = 0,44, турбулентное течение, h2 - hi = 0,625 см [8].
а - замкнутая каверна, L/h = 12,5; б - переходный случай, L/h = 11,5; в -
открытая каверна, L/h = 10,5; ж - и - типы задней кромки; S- точка
отрыва; R - точка повторного сжатия.
потока. Характеристики течения при дозвуковых скоростях сравниваются с
характеристиками при сверхзвуковых скоростях. Пограничный слой в
большинстве экспериментов был турбулентным.
Типичные примеры картин течения, распределения давления и схемы моделей
показаны на фиг. 25.
34
ГЛАВА VII
Критическая длина. В зависимости от отношения длины выреза к глубине
отрывное течение в каверне может быть открытым или замкнутым. Когда это
отношение велико, поток присоединяется к поверхности дна. В этом случае
существуют две области
отрыва, которые Харват назвал "замкнутой каверной". Первая
область отрыва образуется за уступом, расположенным по потоку,
а вторая - область сжатия - образуется перед уступом, направленным
навстречу потоку. Если отношение длины к высоте становится меньше
критического значения, отрывное течение занимает всю каверну. Отрыв этого
типа называется "открытой каверной" .
На фиг. 26 представлены измеренные значения критической длины замыкания
каверны в различных вырезах с различными формами задней стенки в функции
hjhi при некото-р ых значениях числа Маха.
Течение было полностью турбулентным. Как видно из фиг. 25, д, L всегда
соответствует точке присоединения. Согласно шлирен-фотографи-ям (фиг. 25,
а - в), если отношение толщины пограничного слоя к высоте уступа 6//ц
меньше единицы, то происходит резкое и явно выраженное изменение
структуры потока. Однако, если 6//ii > 1, каверна
открывается внезапно, но замыкается постепенно. Имеется небольшая
область
гистерезиса, и если L уменьшать постепенно, то область отрыва остается
замкнутой более продолжительное время и наоборот. При переходе от
замкнутой к открытой каверне течение в ней было неустойчивым.
Корреляционное уравнение для критической длины замыкания является
уравнением прямой линии:
LjT> Lt? / hО \ II П1
30
25
20
йкриш
h,
15
10
5
0 1 2 3 4 5
^2 A1!
Фиг. 26. Критическая длина замыкания каверны [8].
Ld - длина области отрыва в каверне; Lp-длина области сжатия
оторвавшегося потока.
Тг 0,4J in 2, М= 1<S/h,<l -2,78 \88 / ?
Шпа-ц миндр, тал 2 \ к
i / шпон (L /Л2)=6
} А Т М=2,07 7,25 ты 1-3 2,50; 3,0. <S/h,<l, \илиндр, ипы 1,2
М=2,8 5:3,43 н
/• Г / ш
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
35
как это видно из фиг. 26. Предполагается, что каверна открывается, когда
вихри в обеих областях отрыва сливаются (вначале они не
взаимодействовали) и образуется возвратное течение из области сжатия в
область отрыва.
Первая область отрыва в каверне. Для этой области имеются
экспериментальные данные, в особенности для донного давления.
Фиг. 27. Отношение длины области отрыва к высоте уступа [8].
Число Рейнольдса Hes - S/v^ вычислено по условиям в потоке перед отрывом
и расстоянию точки отрыва на верхней кромке уступа от передней кромки.
Буквы в кружках обозначают следующие работы: А - Харват и Якура JAS, № 2
(1958); В- Гэдд и др., ARC TR СР 271, 1955;
С - Каванау, JAS, № 4 (1954); D - Лав, NACA TN 3819,1957; +данные Пауэрса
и др., AVCO Res. Rept. 30, 1958; х точки пересечения (с фиг.
26 и 30). 1 - данные Ленерта и Шемерхорнг" J AS, № 3 (1959).
Известно, что давление в следе связано с отношением длины к глубине
соотношением для течения расширения Прандтля - Майера.
