Chang_t2_1973ru (Отрывные течения П. Чжен)

5ерагаИоп о1 Е!очи Ьу Рао! К. СЬапя Ргогеввог оГ Меспап1са! Епц1пеег1пц ТПе Саааоцс Оп1уегвНу ог Агпепса ЪЧавП1пц1оп, О.С., О.З.А. Регцагпоп Ргевв ОхГогс ° 1опсоп ° Ег11поогца ° йе и Уогв Тогоп1о Зуопеу ° Раг1в ° Вгаопвсавге!ц П. Чжен ОТРЫВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ Том второй Перевод с английсного доит. техн. наук А. И. ГОЛУБИНСКОГО Под редакцией доит.

техн. наук Г. И. МАЙКАПАРА Издательство «Мир» ° Москва ° 1973 5эДК 532.М э 532.526 ь 533.60! Л В монограу1ии сэженя епервьт е мировой липературе обобщен и сиыпемаоьизироеан мапьериал по одному из наибоже актуальных и интересных направлений механики жидкости и еаза — отрывным теченилээ, возникающим нри обтекании эиел вязкой жидкоипью или вазом ео всем диапазоне скоростей, от доавуковозо до виперзвукоаозо, нри течения~ в каналах, е сазовых машинах, турбинах и т.и. Отражая современное состоя ние в отой бурно развивающейся области еидро- и аэродинамики, кинза наряду с достаточно елубоким пьеореэпическим анализом содержит боаатие зкспериментальные материалы, весьма полезные для практических приложений.

дбозозрафия адресована научным работникам и инхсенерам, специа эизирующимся в области еидрои аэродинамики и теп юпередачи е приложениях к саяалепшм, ракетам и космическим летательным аппаратам, сазовым машинам и дзиеателям, скоростным кадаодным и подводным кораблям, зидротурбинам, «омпрессорам и т. и.

Она может служшкь также учебным пособием и спраантижм для студентов и аспирантов университетов и втуэсв. Редакция литературы по новой техэшке 0243-341 04К01)-73 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ а с с с~ с с„ В Н гг = бе/9 Ь 1е М Хп п Рг Р Д Ве Т и площадь омываемой поверхности; площадь поперечного сечения тела; скорость эвука; коэффициент подъемной силы; коэффициевт сопротивления; коэффициент поверхностного трения; коэффициент давления; удельная теплоемкость при постоянном давлении; сопротивление; диаметр; формпараметр пограничного слон; коэффициент теплоотдачи; высота; число Льюиса; число Маха; число Нуссельта; покаэатель степени; число Правдтля; давление; скоростной вапор; число Рейнольдса; температура; время; составляющая вектора скорости в направлении течения; составляющая вектора скорости в направлении у; составляющая вектора скорости в ваправлевии х; координата в направлении течения; координата в направлении, перпеидикулярном направлению х; координата в направлении, перпендикулярном иаправлениям х и у; Угол атаки; отношеиие удельных теплоемкостей„ толщина пограничного слоя или свободного вяакого слоя; основныв Овознлчкиия толщина вытеснения пограничного слоя; коаффициент турбулентной вязкости; толщина потери импульса пограничного слоя; козффициент динамической вязкости; козффициент кинематнческой вяакости; плотность жидкости или газа; напряжение трения; функция тока.

Индексы условия на внешней границе пограничного слоя; отрыв; значение на стенке; условия в невозмущенном потоке. Глава ч'и ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ ОбозНачения Аь— Ь— сев 1— й1— й— Л— 1~в поток массы в слое смешения; М63; и!и;, 1/т," расстояние вверх или вниз по потону, изморенное от точки присоединения вдоль боковой образующей основного конуса; коэффициент пропорциональности; толщина слоя смешения в точке отрыва; высота точки присоединения над поверхностью основного конуса, измеренная по нормали к поверх- ности конуса; х!6 з; Рв!Рб угол отклонения потока; ип~/ие' Р~Р з' коэффициент восстановления давления; коэффициент расширения струи. и и и х к а оь площадь донного среза; ширина; коэффициент ез в начале взаимодействия в сверх- звуковом потоке при заданном Ве„, отнесенный к значению этого коэффициента в начале взаимодей- ствия при Ве„--- 10е; частота; высота; поток количества движения; козффициент смешения; длина; длина области отрыва; характерная длина области свободного ваанмодейст- вия; ГЛАВА ЧП Индексы вер1пина; застойная область; значение, соответствующее условиям струйного течения; условия в начале взаимодействия в сверхзвуковом потоке; присоединение; характерное значение; условия в точке отрыва; значение параметров торможения; полное значение; условия в набегающем потоке; осредненпые условия на разделяющей линни тока в слое смешения; аначение ниже по потоку от области присоединения.

При отрыве потока от поверхности тела около тела и за ним образуется область отрывного течения. Отрывные течения можно разделить на два класса в соответствии с размером области отрыва по сравнению с размером тела. Если область отрыва мала по сравнению с телом и ограничена разделяющей линией тока, а также точками отрыва и присоединения, то такой тип течения будем называть просто «отрывным течением». Другой тип отрывного течения характеризуется болыпимя раамерами по сравнению с размерами тела и может не быть замкнутым течением, как «спутный след» за тупым телом, простирающийся вниз по течению на бесконечно большое расстояние.

В этой главе рассматриваются только «отрывные течения», а «течения в следе» будут рассмотрены в гл. ч'111. Отрывные течения возникают, например, перед уступом, обращенным навстречу потоку, или аа уступом, расположенным по потоку, а также в выемках и на верхней поверхности крылового профиля. Отрывное течение, образующееся перед уступом, принадлежит к отрывным клиновидным течениям; течения в выемках принадлежат к отрывным возвратно-циркуляционным течениям, а отрывные течения около крылового профиля — к отрывным пузырям.

Отрывное клиновидное течение характеризуется относительно малой величиной угла наклона течения к поверхности тела в точках отрыва и присоединения, в то время как при отрывных возвратно-циркуляцнонных течениях поверхность тела в точках отрыва и присоединения в общем случае почти перпендикулярна направлению течении. Отрывные течения этих ХАРАктвгистики ОтРыВных течкннй двух типов выаываются разрывным характером геометрической формы поверхности тела. Однако образованно отрывного пузыря связано с динамическими характеристиками течения, приводящими к циркуляционному движению над гладкой поверхностью. Существуют два вида пузырей — короткие и длинные. Коли 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. 1Х, где основное внимание уделяется условию образования и механизму отрыва с передней кромки. В гл. Х 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. Х1. Иа соображений компактности изложения каждой главы материалы, содержащиеся в гл. Ъ'11, 1Х и Х1, до некоторой степени перекрывают друг друга. В равд. 1 данной главы описаны физические картины течений и даны теоретические решения для отрывных течений около двумерных поверхностей и осесимметричных тел; в равд. 2 рассмотрены отрывные пузыри, вовникающие 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 50 000 (1(. Поэтому при дозвуковых скоростях проблема чисто ламинарных отрывных течений может не иметь практического значения, однако ввиду того, что в сжимаемом потоке ламкнарное отрывное течение довольно устойчиво и его устойчивость повышается с ростом числа Маха (например, до гиперзвуковых скоростей), ламинарные отрывные течения газа могут приобрести практический интерес.

Отрывные точении 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 иеустановившимися и их экспериментальное изучение весьма затруднительно, однако в выемках удается получить установившийся внутренний вихрь. Исследуя такие вихри, можно понять механизм реальных вихреобразоваяий и природу шума, создаваемого гидродинамическими причинами.

4О глава ти К 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 упгуп, донный срез, криволинейная стенка, вогыутаз поверхность и т. д., и за этими телами с соответствую1цими ссылками па известные экспериментальные и теоретические исследования. Часто течение внутри полости или пузыря называют «застоннылта (емертвымв). В застойной аоне скорость не обязательно равна нулю. В атой области существуют сложпыо вихревые поустановившиеся 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 [21.