Chang_t1_1972ru (1014102), страница 35
Текст из файла (страница 35)
36. Сравнение расчетных эначе нпй формпараыетра Нхв плоскости синие трип с эьспериментальнмии данными [66] С вЂ” Денхофф — Тетеревы, Р— Ротга; Еэ эв свераыентыэьные данные. Нэ н г. ЗК Сравнение расчетных эпаче пни коэффициента поверхностного тре нин с7 в плоскости симметрии с экспе х рнментальныьш данными [66[. С вЂ” Дентефф — Тетерева; П вЂ” Рэтта; О экспе раневтэпьные данные. 1етода Ротта [5].
Резуль- таты представлены на фиг. 30 и 31. На фиг. 32 основной поток направлен сверху вниз. Задняя стенка распо- ложена внизу под черными стрелками. Тонкая черная линия является расчетной линией отрыва, Черные стрелки слева и справа от оси симметрии указывают расчетные линии тока основного потока. Ниже представлены эк- спериментальные и рас- четные результаты.
Рас- стояние до особой точки отрыва в плоскости сим- метрии, определенное из условия равенства нулю коэффициента поверхно- стного трения, равно х = — 78,7 см на основа- нии визуализации потока (фиг. 32), х =- 81,3 см из экстра- поляции эксперименталь- ных данных (фиг. 31), х = — 86,4 см из экстра- поляции расчетной кри- вой С (фиг. 31), х = 78,7 см из экстра- поляции расчетной кри- вой гх (фиг. 31). Критерий отрыва соот- ветствует 77х = 1,8, т.
е. данных (фиг. 30), (фиг. 30), (фиг. 30). ГЛАВА тч $98 Из зтих результатов видно, что определение точки отрыва в плоскости симметрии можно выполнить достаточно точно. Для внутренних течений лучшие результаты по определению отрыва можно получить для трехмерного течения, имеющего плоскость симметрии, чем для двумерного, поскольку отрыв в трехмерном со и г 32. Поверхностные линии тока, полученные методом визуализации путем нанесения краски на стенку рабочей части трубы [861. потоке полностью стационарный.
Жидкость из области отрыва равномерно уносится благодаря боковому течению в пограничном слое. В двумерном потоке существует отрыв переходного типа и жидкость из области отрыва периодически уносится основным потоком. ОтРыВ туРБулвнтнОГО потокА жидкости 499 4ть ОсесимметРичное Внутгеннее течение Как было показано ранее, для удовлетворительного решения задач об осесимметрнчных внутренних течениях недостаточно результатов, полученных для пограничного слоя в двумерном внешнем потоке. Выходят из положения, добавляя в уравнение для внешнего течения еще один член, чтобы приспособить его для внутреннего течения. Этот член — коэффициент турбулентного нормального напряжения 'о где и' — среднеквадратичная пульсация скорости в осевом направлении.
При добавлении такого члена в основные два уравнения Денхоффа — Тетервина Раберт и 11ерш ~93) получили следующие дифференциальные уравнения: ов +0,1870— оН О оЫ 1х В Ао 2 поо,зоо ~ 2 ов' х ~ 0 0246 (Н вЂ” 1) — — — о(167 21Н вЂ” 1 25)о,мо — 35,15)(Н(ЗН вЂ” 0,9) — 0,1) )), где Гà — диаметр канала. Так как полуэипирическое уравнение Денхоффа — Тетервина основано па предположении об умеренной кривизне крылового профиля, предложенные уравнения Раберта и Перша могут дать лучшие результаты при определении характеристик внутреннего течения. Эти уравнения получены из эмпирических соотношений между входящими в них переменными и числовыми аначениями.
Однако критерия отрыва турбулентного потока Раберт и Перш не дают. 4.3. ТРЕХМЕРНЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ НА ВРАЩАЮЩЕМСЯ ТЕЛЕ~ В случае вращающегося тела сила Кориолиса и, в меньшей степени, центростремительные сильк действующие на пограничный слой на теле, создают дополнительное ускорение в направлении течения, оказывая такое же влияние, как и отрицательный градиент давления. Вследствие этого влияния отрыв потока задержи- ГЛАВА тч 999 вается. Мзйджер [94! исследовал природу трехмерного пограничного слоя на неподвижных и вращаюгцихся телах, таких, как пропеллеры, лопатки ротора компрессора или турбины, и представил результаты анализа и измерений [95[.
Химагельскаьтп [96[ измерял пограничный слой на вращающихся воздушных винтах. Результаты этих исследований укааывают на затягивание отрыва. Благодари этому затягиванию коэффициент подъезгной силы вблизи втулки вращающегося воздушного винта можно увеличить до 3,2 по сравнению с 1,4 для невращающегося винта Ю. жа. экспериментальные исследОВАния ОтРыВА тРехмеРнОГО ПОТОКА Некоторые успехи в экспериментальных исследованиях были достигнуты недавно Тейлором [97[, исследовавшим трехмерный пограничный слой в гидромашине при наличии отрыва потова. В зависимости от геометрии решетки лопаток поток около нее может рассматриваться либо как внешний, либо как внутренний.
Коли расстояние между лопатками больше, чем размер самих лопаток, то поток можно считать внешним, и наоборот. Эксперименты Либлейна [98[ показали, что, когда отношение максимальной скорости на поверхности лопатки к скорости на выходе из решетки равно примерно двум, отрыв потока на лопатках возникает при больших углах атаки и с минимальными потерями. Лубик и Уолнер [99[ установили, что нестационарный процесс в многоступенчатом компрессоре газотурбинного двигателя является последовательным отрывом потока в ступенях. Отрыв потока в ступенях происходит при одних и тех же критических степенях сжатия в течение периода квазистационарного роста нагрузки, например во время очень быстрых изменений потока на входе. Отрыв может иметь место при возмущениях перед компрессором и за ним независимо от скорости изменения нагрузки.
На практике турбулентное течение — довольно распространенное явление, поэтому точное определение возникновения отрыва такого течения имеет большое значение прн проектировании гидромашнн с болыпим к. п. д. или корпусов кораблей с ограниченной осадкой. В настоящее время, однако, нет надежных методов определения отрыва внутреннего трехмерного течения.
Имеющихся акспериментальных данных недостаточно для понимания сложной природы отрыва трехмерного потока. Для интересующихся этой проблемой читателей рекомендуются работы [100 — 106[. И Правильнее говорить пс о затягивании отрыва, а о влиянии вращения па воздух в области отрыва, приводящем к росту коэффициента подъемной силы. (Келдыгн В, В., Онж. журнал, т.
Ш, вып. 1, 1963.).— Прим, ред. ОтРыв туРБулентнОГО потОкА жидкости 204 4.З, СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ ТРЕНИЯ НА ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ КОРМОВОЙ ЧАСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ОТРЫВА ПОТОКА Соотношение мегкду сопротивлением давления н сопротивлением трения на осесимметричной кормовой части, примыкающей к длинному круговому цилиндру, выражает влияние отрыва потока на сопротивление. Вигардт (107] получил следующие приближенные эмпирические формулы для коэффициента сопротивления давления Сп„, исполь- Оеярая ее Ф и г. 33. Осесзмметрнчная кормовая часть, примыкающая к длинному круговому цилиндру 007].
зуя модель, представленную на фиг. 33, при числе Рейнольдса (2ггвир)!у = 0,6 10', где )гв — радиус кругового цилиндра: для острой кормовой части (эллипсоид 6: 1) Спр-— — 0,14 ( — ' — ") для тупых кормовых частей (эллипсоид 2: 1 и 4: 1) С„р=0,06~ —,",) ", где Ьн — длина кормовой части. Для гидродинамических исследований, включая гидродкнамику корпуса корабля, такая модель может оказаться полезной для выяснения роли сопротивления давления и сопротивления трения при наличии отрыва. Гслк коэффициент сопротивления кормовой части (отнесеняый к ее объему) определить как Спу =- В/д)гевар, где .0 — полное сопротивление, д — скоростной напор и )г — объем, то, как видно из фиг.
34, тупая кормовая часть имеет меньшее сопротивление, чем острая, хотя на первой возникает отрыв большей интенсивности. Числовые величины этих коэффициентов сопротивления являются предварительными оценками вследствие яеточностм измерений. Коэффициенты могут зависеть в известной степени от чисел Рейнольдса, однако ясно, что в дкапааоне удлинений 3 ( ( Лн!Лв ( 5 коэффициент сопротивления тупой кормовой части 202 ГЛАВА УУ ааепьше, чем острой. Ооъяснить этот противоречивый на первый взгляд факт можно на примере эллипсоидальной кормовой части (удлинение 4: ь), примыкающей к круговому цилиндру.
Извтеренное касательное напряжение на стенке т, а также измеренное и соответствующее потеяци- О,ОЗ альному течению распределе— ния статического давления р показаны на фиг. 35. Как и следовало оясидать, из-за отрыва на хвостовой части измеренное и соответствующее потенциальному течению распределения давления различны, но порядки их г величин можно считать одинаковыми по сравнению с очень малым касательным напряжением.
Результирующая сила в направлении потока получается суммированием произведения элементов поверхности на соответствующие проекции т„и р. Кривая на фиг. 35 представляет собой эту результирующую силу, причем видно, что вклады в эту силу касательных и нормальных напряжений на поверхности одинакового порядка. Однако если эти папряжения проинтегрировать вдоль поверхности тела, то, как это следует из кривых в нижней части фиг.
35, касательное напряжение монотонно растет в направлении к области отрыва потока и коэффициент сопротивления трения равен 0,04 ча и г. 34. Лолиое сопротивлеиие кор мовой части, примыкающей к крутово ыу цилиндру [107[. у — острая кормовая часть; г — тупая яор мовая часть. х/ья СΠ— + ~ 2 — '" л — "И ( — ") =0 022, о Коэффициент сопротивления давленая равен х/ь Сир= — ~ 2у,л чг['1~ ) о На передней части кормы вследствие разрежения он увеличивается до 0,052, затем падает у конца кормы до значения 0.,007.
Здесь сопротивление имеет положительный знак, а тяга— отрицательный. Такой характер изменения Со объясняется существованием положительных перепадов давления за точкой ОтРыв туРБулентнОГО пОтОкА жидкости 203 отрыва. Таким образом, полный коаффициент сопротивления Сг,, = 0.022 + 0,007 = 0,029, где Сп, — — (7)г + Юр)'(ляг,'). Силы трения составляют 76% в полном сопротивлении, несмотря на их 1,0 0 -гл р ч -0.2 я!яо о Д4 !яятн О,! я,яч о р!ч о,! -0,1 Д4 0',8 1,0 хг'"я О,а 1,0 04 х/ья Ф и г. 35.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
