Теория пограничного слоя Г. Шлихтинг под ред. Лойцянского Л.Г. (1013691), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Пластина, обтекаемая в продольном направлении. Переход течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную легче просле- НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 419 дить не на плохо обтекаемом теле, а на плоской пластине, обтекаемой в продольном направлении. Если пограничный слой на пластине ламннарен, то, согласно сказанному в 4 5 главы т'11, его толщина возрастает пропорционально ]( х, где х есть расстояние от передней кромки пластины..Переход ламинарного пограничного слоя на пластине в турбулентный впервые исследовался И.
М. Бюргерсом (х] и Б. Г. Ван дер Хетте-Цейненом ]77], а позднее М. Ханзеном и особенно детально Х. Л. Драйденом ]о], Ро], ]11]. Вблизи передней кромки пластины пограничный слой всегда ламинарен ), но ниже по течению он становится турбулентным. На пластине с острой передней кромкой, обдуваемой обычным потоком воздуха, т. е. потоком воздуха, степень турбулентности е которого (см. и.
1 $4 главы Хь(1) приближенно равна 0,5%, переход течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную происходит на расстоянии х от передней кромки, определяемом из равенства Бекр — — ( — ") = 3,5.10' —: 10'. При обтекании пластины в продольном направлении можно, как и при течении в трубе, сильно повысить критическое число Рейнольдса, если обеспечить возможно малую возмущенность набегающего течения (т.
е. малую степень турбулентности). Переход течения в пограничном слое на пластине из ламинарной формы в турбулентную заметнее всего отражается на распределении„'скоростей в пограничном слое. Из рис. 2.19 видно, что при таком переходе толщина пограничного слоя д г внезапно начинает сильно уве- ()5, личиваться. В ламинарном пограничном слое безразмерная толщина б(1( ух/() постоянна и равнаприблизительно пяти. На ' ',, "" 5 У И мость этой безразмерной тол- .
4УУ 4)тиг щины пограничного слоя от числа Рейнольдса Не„= У х(т, ° составленного для текущей длины х пограничного слоя. После достижения числом Рейнольдса 5( (ггйгтгl значения НЕх ) 3 2 Вь тол)ци рвс. (бл. и офвлв скоростеа в пограввчвов слое ва ,2.10' на поГраничноГо слоя начинаЕт пластине в оорластя перехода лаввяарвого течеввя в ччр- булевтвое. По ввяереввяв Шубауара в Клабаяова Пяь сильно нарастать. Вместе с кривая (1) — ламинарное течение, лрофвль влаавуса; кривая(2) — турбулентное течение, яаков степени 1/7 пеРехоДОИ От лаыинаРного Дви- для распределения скорастеа. Толщвва лограввчвого ЖЕНИя К ТурбуЛЕНТНОМу Наб- слоя 6 = 17 лл. Скорость внешнего течяввя П ЛюдаЕтея И РЕЗКОЕ ИЗМЕНЕНИЕ - З7 лгггя.
Стявеввтурбулевтяоств е = О,ОЗМ. распределения скоростей в нем. На рис. 16.4 изображены профили скоростей в пограничном слое на пластине, обтекаемой в продольном направлении воздушным потоком с очень малой степенью турбулентности. Эти профили получены Г. Б. Шубауэром и П. С.' Клебановыы (бо] посредством измерений в области перехода ламинарного движения в турбулентное, которая в данном случае простирается от Не„= 3.10' до Рея = 4 10о. В этой области происходит изменение распределения скоростей от профиля 1, соответствующего ламинарному погра- ') За исключением того случая, когда отрыв происходит иа передней кромке, что может иметь место при конечной толщине пластины (при условии, что ие предпринимаются специальные меры к предотвращению такого отрыва, о чем будет скавако виже).
27Я 420 ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ [ [гл, хш н ичному слою на пластине (по Блазнусу), к профилю 2, соответствующему полностью развившемуся турбулентному течению (см. главу ХХ1). С изменением распределения скоростей в области перехода связано сильное уменьшение формпараметра Н[х = буба (рис. 16.5; 61 — толщина вытеснения. б, — толщина потери импульса). Мы видим, что в пограничном слое на пла,ллглгрспг „Р г, илгУлгглт. стине фоРмпаРаметР Нгх УменьшаетсЯ оеггллг, нгегха1а, лглегглгл от значениЯ Н, в 2,6 в ламинаРной области до значения Н,в — 1,4 в тург 4б булентной области.
Изменение распределения скоро- стей при переходе ламинарной формы "Г течения в турбулентную можно использовать для простого способа опредеУР~— ления положения точки перехода (точнее говоря, области перехода). Принрис. 16.6. Трубка для измерения дина! мического давления или трубка Пито [р цип такого определения пояснен на устанавливается параллельно стенке [ш [уу [Ж [уу глу агу гл[ на таком от нее расстоянии, на котором ламинарный и турбулентный профили Рис. [ЕЛ. Иеменение формпараметра Н!е = = б /б, впя пограничного слоя на пластине СКОРостеи дальше всего отстоят один в области перехода ламинарного течения в от другого. Если теперь передвинуть турбулентное. Па ааиерениям Шубауера и Клебанова ["].
Гисунои вант ие работм ["Ь трубКу ВДОЛЬ Стэинн, НЕ МЕНяя раеетОя- ния между ними, и пропустить ее через область перехода вниз по течению, то она покажет почти внезапное повышение динамического или соответственно полного давления. С переходом течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную связано сильное изменение сопротивления, в рассматриваемом случае — сопротивления трения.
В то время как для ламинарного течения сопротивление трения пропорционально полуторной степени скорости (формула (7.33)), для турбулентного течения оно пропорционально скорости в степени приблизительно 1,85, как это уже давно установил В. Фруд (вв), протаскивая пластины в неподвижной воде при очень больших числах Рейнольдса. См. в связи с этим рис. 21:2 на стр. 575. Новые исследования Г. В, Эммонса (11), а также Г. Ь.
Шубауэра и П. С. Клебанова (ае) показали, что переход ламинарной формы течения в турбулентную в пограничном слое на пластине также состоит из беспорядочной смены во времени ламинарных и турбулентных состояний. Как показывает рис. 16.7, в определенной точке внутри пограничного слоя внезапно возникает неболыпое турбулентное образование неправильной структуры (турбулентное пятно), которое затем перемещается вниз по течению внутри клинообразной области.
Такие турбулентные пятна появляются через неправильные промежутки времени в разных, неравномерно распределенных точках обтекаемой пластины. Внутри клинообразных областей, по которым перемещаются турбулентные пятна, преобладает турбулентная форма течения, а в соседних областях происходит непрерывная смена ламинарной и турбулентной форм течения. См. в связи с этим также работу [т). Тонкие тела. Установлено, что градиент давления вдоль стенки оказывает очень сильное влияние на положение точки перехода ламинарной формы течения в турбулентную в пограничном слое. В области падения давления (ускоренное течение) пограничный слой остается в общем случае ламинарным, в то время как в области далее с незначительным повышением, давления обычно сразу происходит переход ламинарного течения в турбулентное.' Это обстоятельство позволяет существенно уменьшить сопротив- 421 В 1) ление трения тонких тел (несущее крыло, удобообтекаемое тело) следующим способом: форма тела и распределение давления на его поверхности поддбг Х у' бгб лллмт)юе )цеултдг цуублл У~ — ~-блллялегглж атлблелие (г ш, = 1$,1я1глл бб)7 х,ян нанпе ие Рно.
16.6, К определению положеняя точял перехода ламннврной формы течения в турбулентную поередотвом трубяв для намеренвя двнаммчеонога давления вля трубки Пмто. бУ, 4ббУ ' Ъ а) йг 41 % 1 г — э- ~; (РУУГ3/ б) Рне. !6.7. Нараетанне неяуоотвенного турбулентного пятна в ламинарном пограничном слое на продольно обтекаемой плоеной плаетнне. По намерениям Г.
В. Шубауэра н П. С. Клебанова РЧ. Рисунок вват нв работы р'). а) Горнвонтальная проеяцля; б) боковая проекция турбулентного пнтна, яеяуоетвевно вывванного в точке А н находящегооя в раеематрнваемый момент времени на расстоянии првблявнтельно 2А фуга от точян вовнняновеняя.
Точка А лежит на расстоянии 2,3 фута повадн передней кромки пластины. Угол а = 11,3Х Е = 15,3Х В вЂ” толщина ламннарного пограничного слоя; и ея!о м)еея. кривые (1) н (3) — ооцнллограмьпа, аапнеанные термоанемометром нря прохождення неяуоетвенно вывванного н еоотвеготвенно еетеетвенного турбулентных пятен. Промежуток между яаждымн двумя Отметками времени, наображеннымн в виде точен, равен 1160 еея. бираются так, чтобы точка перехода переместилась возможно далыпе назад.
Этого можно достигнуть, если положение наибольшей толщины профиля В абб м 'ц~ Д)б емв Д1б ~ мубб НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ б ф --- ~с УббУл Я 422 1гл. хш ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ переместить возможно дальше вниз по течению. У таких тел с длинным ламинарным участком пограничного слоя (ламинаризованные профили) можно уменьшить сопротивление трения в два или даже больше раз по сравнению с нормальными профилями. Существуют и другие мероприятия, например отсасывание пограничного слоя, позволяющие сильно влиять на положение точки перехода, следовательно, и на сопротивление обтекаемого тела.
з 2. Основы теории устойчивости ламинарного течения 1. Предварительные замечания. Теоретические исследования, имевшие целью объяснить описанное выше явление перехода ламинарного течения в турбулентное, начались уже в прошлом столетии, но к успеху привели только в 1930 г. В основе всех этих исследований лежит представление, чтовламинарное течение подвергается воздействию некоторых малых возмущений, в случае течения в трубе связанных, например, с условиями при входе в трубу, а в случае пограничного слоя на обтекаемом теле — с шероховатостью стенки или с неравномерностью внешнего течения.
Каждая теория стремилась проследить за развитием во времени возмущений, наложенных на основное течение, причем форма этих возмущений особо определялась в каждом отдельном случае. Решающим вопросом, подлежавшим решению, было установление того, затухают или нарастают возмущения с течением времени. Затухание возмущений со временем должно было означать, что основное течение устойчиво; наоборот, нарастание возмущений со временем должно было означать, что основное течение неустойчиво и поэтому возможен его переход в турбулентное течение. Таким путем пытались создать теорию устойчивости ламинарного течения, которая позволяла бы теоретически вычислить критическое число Рейнольдса для заданного ламинарного течения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
