Теория пограничного слоя Г. Шлихтинг под ред. Лойцянского Л.Г. (1013691), страница 116
Текст из файла (страница 116)
16.19). Нижняя кривая в каждой строке осциллограммы покааывает колебания на постоянном расстоянии от стенки, а верхняя кривая — на переменном расстоянии, отмеченном слева от строки. Отчетливо видно, что с увеличением расстояния от стенки происходит постепенное смещение фаз обеих пульсаций до тех пор, пока на определенном расстоянии оно не достигает значения 180'. Это и есть скачок фазы на 180'Х предсказанный теорией. Далее, на рис. 16.20 изображено распределение амплитуд пульсаций и' по толщине пограничного слоя для двух нейтральных возмущений, отмеченных на рис. 16 11 цифрами Х и ХХ. И адесь согласование с теоретическими расчетами Г. Шлихтинга )бт) получилось очень хорошим.
й 4)' СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРИИ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ 443 маер Реаипгебса ~";а-' у ' угг щ уеду 4гг /ОЗ ойУ $ чй /ат' с,У4 ,, /И ',М дуру Ф~ дур„„,ъУ~7 .г~~ Рис. 16.17. Осциллограмма пульсации и' скорости случайнмх 1еестественвыхщ вовмущений в ламикарноибпограничном слое на плоской пластине, обтекаемой вовдухом в продольном яаправленви. 11олучеяа при намерении перехода ламинарного течения в турбулентное. По Шубаувру и Скрвмстеду РН.
Расстояние точки вамера от стенки равно 0,57 мм; скорость набегающего течения О 24 и!ееи; промежугок меящу каждыми двумя отметками времени, ивображеннымн в виде точек, равен 1/86 сея. ФМ Юг —, Гогя рг Я77 ЮЯ ~т М77 ггпу Хе=в и„ю Рис. 16Л8. Кривые частоты нейтральных вовмущевий при продольном обтекании плоской илсрстины. Иамерения — по Шубауеру и Скрвмстеду 1мг, теоретичесная кривая — по Толмину ИЧ.
444 [гл. хуу ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ 1 Выше уже было указано, что экспериментальное подтверждение теории устойчивости стало возможным только после того, как удалось получить воздушный полок с очень малой степенью турбулентности. То, что экспериментально наблюдаемая точка перехода лежит, как и следовало ожидать, вниз по течению от теоретически предсказываемой нейтральной точки, подтвердили еще старые измерения, производившиеся при больших степенях турбулентности порядка з = 0,01.
Однако расстояние точки перехода от точки потери устойчивости очень сильно зависит от степени турбулентности. Следует ожидать, что это расстояние тем меньше, чем больше степень турбулентности, так как при болыпой степени турбулентности требуется только незначительное нарастание неустойчивых возмущений, чтобы из них возникла турбулентность. Это видно из графика, построенного П. С. Гренвилом [93[ на основании экспериментальных данных для пограничного слоя на плоской пластине [рис. 16.21).
В качестве меры расстояния между точкой перехода и нейтральной точкой Гренвил взял разность чисел Рейнольдса, составленных в этих точках для толщины потери импульса, т. е. величину " 4»л й' ~ 4л 'ь 4Ж ь ч 4Х » ь 407 и ч 407 ~~ 4ы ,и ~й 4)ок ь 44~ ~и 681 ~и 6,~ При этом число Рейнольдса в ней- тральной точке пограничного слоя на плоской пластине было приня- то равным Рис.
18.19. Измерения колебаний в ламинарном пограничном слое. По шубаузру и скрзмстеду Р'). Осциллограммы показывают сдвиг Фаз — вплоть до 180' пульсаций скорости и' при колебаниях, вызванных помещенной в пограничный слой колеблюп)ейся лентой 1»искусственные» возмущения). Лента находилась на расстоянии 90 ем от передней кромки пластины.
Измерения скоростн проязводились одновременно двумя термоанемометрами, расположенными позадя ленты в 30 см от нее. Один иа них был домещен на постоянном расстоянив от стенки, равном 1Д мм (нижние кривые на каждой осциллограмме), а другой — на переменном расстоя«ии от стенки )верхние крявые на каждой осциллограмме). Частота колебаний ленты 70 »»1. Скорость набегающего потока П = 13 м)сек. = — = 162. 420 2,6 Указанные разности чисел Рейнольдса отложены на рис. 16.21 как ординаты, а соответствующие значения степени турбулентности — как абсциссы.
В такой системе координат как новые измерения Шубауэра и Скрэмстеда [ат[, выполненные при очень малой степени турбулентности, так и более старые измерения Холла и Хислопа, выполненные при более высоких степенях турбулентности, очень хорошо ложатся на одну кривую. Из графика видно, что только при большой степени турбулентности, равной приблизительно б = 0,02 †: 0,03, точка перехода почти совпадает с нейтральной точкой. Недавно Ф.
К. Вортман [79[ произвел измерения пограничного слоя на плоской пластине в воде, в которую вводилась соль теллура. Полученные им результаты блестяще подтвердили теорию устойчивости. Упомянем, что теория Рэйли — Толмина о неустойчивости профилей скоростей с точкой перегиба в свое время была подвергнута экспериментальной проверке Г. Розенброком [ез[, причем получилось хорошее согласование теории и измерений. Исследованию устойчивости профиля скоростей в спут- $ и сРАВеекеееен Ркаульгхтов ткпе'ии с оеесе!Г:РимннтАле ными дан!еыми йй ) ном течении поаади тел«носвяецона работа В.
Холлннгдела !Еа!. Устойчивость ламинарпой струи исследована В. 11ерлом 1~1. ( м. в связи с зтиле танаис рабптеа ИМ,"Е1ИХаЛКЕ И 1'. ШадЕ !а"х1, а таКЕИЕ Т. ТацуМИ !Еих! й!. 11. ХеуардЕЕ !"'х! И 11. П. КЛЕЕЕНЕОу И Д. ВЕЕЛЕЕОта !ав!. В ПОСЛЕдНЕй рабств дЛя НродЕЛа уетсйЧИ- пн Снпа свпипппчй ~ тп~ и ппп Чп рпвпе РЬ пв п«п еап ~по и пп Ипх и 446 !гл. хш ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ! Описанные в этом параграфе экспериментальные исследования столь блестяще подтвердили теорию устойчивости ламинарного течения, что ее следует считать полностью проверенной составной частью гидроаэромеханики.
Таким образом, предположение Рейнольдса о том, что причиной перехода ламинарной формы течения в турбулентную является неустойчивость ламинарного течения, можно считать окончательно доказанным. Эта неустойчивость представляет собой теоретически вовэ«ожный и экспериментально наблюдаел»ый механизм перехода ламинарного течения в турбулентное.
Однако остается открытым следующий вопрос: является ли этот механизм единственным и дает лиген полную картину перехода ламннарного течения в турбулентное. В последнее время этот вопрос стал предметом внимания многих исследователей. Желающих ознакомиться с кругом возникших при этом проблем отсылаем к сводному обзору М. В. Морковина [вв[. Трехмерные течения. Рассмотренные выше экспериментальные исследования показывают, что переход ламинарного течения в турбулентное вызывается нарастанием неустойчивых двумерных возмущений.
Нарастание таких возмущений было детально исследовано Г. Б. Шубауэром и Г. К. Скрэмстедом [»ч[, Г. Б. Шубауэром и П. С. Клебановым [»в[, а также И. Тани [«в[. При атом выяснилось, что нарастание неустойчивых волн ведет к явно выраженной трехмерной структуре течения. После того, как амплитуда волн достигает определенного значения, начинается сильное нелинейное нарастание возмущений. При этом возникает перенос энергии в поперечном направлении, что приводит к искажению первоначально двумерного основного течения.
Таким образом, разрушение ламннарного течения и возникновение турбулентности представляют собой следствие трехмерного развития неустойчивых возмущений. При этом возникают вихри с продольно направленными осями, расположенные частично в пограничном слое. За дальнейшими подробностями отсылаем к новым исследованиям Г. Б. Шубауэра, П. С. Клебанова и К. Д. Тидстрома [Яв«), [в»с[, [з'в[, Г. Гертлера и Г.
Виттинга [в"[, а также Ц. Ц. Линя, Д. Дж. Бенни и Г. П. Гринспена [з«а[: [ш[ [яза] Обзору всего комплекса вопросов возникновения турбулентности посвящена статья Г. Шлихтинга в «НапйЬцсЬ йег РЬувНг» [»4[. Литература а главе ХУХ 1. В а г п е в Н. Т., С о Ь е г Е. б., ТЬе По»ч о1 1ча!ег «ЬгоцзЬ р1рев. Ргос. Воу. Яос. Ьопйоп 74, 341 (1905). 1а. В е и и у Вц Х., А поп-11пеаг «Ьеогу 1ог овс!11апопв ш а рага11е1 Поп. Х. Р!ц!й МесЬ. 10, 209 — 236 (1961).
2. В е г 6 Ь Н., А ше«Ьой 1ог ч(вца1!з!пз регюй!с Ьоцпйагу 1ауег рЬепошепа. 1()ТАМЯутпроз1цш «бгепвзс!ПсЬМогясЬцпх» (под. ред. Н. бйг«1ег'а), Вег1ш 1958, 173 — 178. 3. В ц г 6 е г з Х. М., ТЬе шог!оп о1а Пц!й ш «Ье Ьоцпйагу 1ауег а!опз а р1апе вшоо«Ь вцг1асе. Ргос. о1 «Ье Рпз! 1п!егпа!. Сопзгевв 1ог Арр1. МесЬ. 113, Ве1П 1924.
4. С Ь е п 6 Я. Х., Оп «Ье всаЬ!1!«у о1 1ашшаг Ьоцпйагу 1ауег По~ч. ()цаг!. Арр1. Ма«Ь. 11, 346 — 350 (1953). 5. С о ц е ! ! е М., Егцйев вцг 1е 1гоыешеп! йев !!чц!йев. Апп. СЬпп. РЬус. 21, 433 — 510 (1890). 6. С ц г 1 е М. Нуйгойупаш!с в«аЬ!1Пу ш цпПшПей Не1йв о1 чМсоцв Почч. Ргос. Воу. Яос. 1,опйоп А 238, 489 †5 (1957]. за. С 1 е и в Ь а к С. ХУ., Е 111 о ! ! В., А пашет!са1 !геа!шеп! о1 «Ье Огт-Яошшег1е!йечцамоп ш «Ье саве о!а 1ашшаг Хе!. бцаг!. Х. МесЬ. Арр1. Ма«Ь.
13, 300 — 313 (1960). 7. В Ь а чч а п Я., М а г а з ! ш Ь а В., Яоше ргорегыея о1 Ьоцпйагу !ауег Поп йцг!пз ггапвпюп 1гош 1аш!ааг го гшЬц1еп! шо!!оп. Х. Р!шй МесЬ. 3, 418 — 436 (1958]. 8. В о е ! в с Ь Н., ()п«егвисЬцпбеп ап е!и!6еп Ргой!еп шп зег!пхеш %!йегв«апй 1ш Веге!сЫс1ецег с«-Г«Гессе.
ХЬ. й!. Ьцй1аЬгМогвсЬцпд 1, 54 — 57 (1940). 9. В г у й е и Н. Ь., Воцпйагу !ауег Почч цеаг Па! р1а«ез. Ргос. Роцг!Ь 1п«егпа!. Сопзгезз 1ог Арр1. МесЬ. СашЬНйзе-Еп81апй 1934, 175. 10. В г у й е и Н. Ь., А!гйок ш !Ье Ьоцпйагу 1ауег пеага р!аге. МАСА Вер.
562 (1936). 11. В г уй е п Н. Ь., ТцгЬц!епсеапй «Ье Ьоцпйагу 1ауег. ХАЯ 6, 85 — 100 Е101 — 105 (1939). ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ ХЧГ 447 12. В г у й е в Н. Ь., Боше гесепс соакпЬиПоы Со СЬе якийу о1 Ставя!С1оп аай СигЬи1епк Ьоиайагу 1ауегв (Рарегя ргевепсей ас СЬе 81хСЬ 1псегвас. Соа8геяв 1ог Арр!. МесЬ. Раг1я, сентябрь1946; МАСА ТХ 1168 (1947); см. также Весен! Айчаасея !в СЬе шесЬашсв о1 Ьоипйагу 1ауег Пои. Айчапсев Арр!.
МесЬ. Хеч Уог)с 1, 2 — 40 (1948)). [Имеется русский перевод в сб. «Проблемы механики», зып. 1, ИЛ, Москва 1955.] 13. В г у й е в Н. Ь., Весен! !пчевг!Яас!ов о1 СЬе ргоЫеш о1 Сгаы1С1оа. ХРЪЧ 4, 89 — 95 (1956). 14. В и Ь в ЪЧ., ПЬег йеп Е!вПияя 1апсшагег иай СигЬи1енсег БСгопшп8 аи1 йав.КбвСЯеаЬПй чоп Ъуаявег ипй ХНгоЬенхо1. Е!в гопс8епо8гарЬсясЬег ВеИгад хиш ТнгЬи1епгргоЫеш.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
