Chang_t1_1972ru (1014102), страница 4
Текст из файла (страница 4)
ГЛАВА 1 Срыв потока связан с образованием замкнутых каверн, или пузырей, при отрыве течения, что обусловлено динамическими характеристиками циркуляционного движения вокруг поверхности профиля. Пузыри бывают короткими и длинными. Короткий Ф н г. 10. Безотрыеное обтеггание профили [10[. Стационарные частицы З *ри ный слеа Отареаетиесе ааграничные сеаи Паграничныи слои е еагеравнам течении пузырь образуется между точками отрыва и последующего присоединения потока; его длина имеет порядок 1% длины хорды и не сильно влияет на распределение давления.
Однако если короткий пуаырь в ламинарном слое разрывается на профиле, происходит срыв потока с передней кромки профиля, что приводит к внезапному возрастанию сопротивления и потере подъемной силы (фиг. 12). Ф и г. 11. Вязкие эффекты при обтекании профиля [положительный угол итаки) [1Ц. ВВКДИНИИ В ПРОВЛКМЫ ОТРЫВА ПОТОКА 23 В случае длинного пузыря (от 2 до 3% хорды) распределение давления на профиле несколько изменяется, однако его разрыв не приводит к полному отрыву потока, вместо этого оторвавшийся поток протекает над поверхностью профиля и в дальнейшем вновь «д присоединяется. 1.л.2. Отрыв потока на иилиндре и сфере о 0,8 Отрыв потока на цилиндре и сфере связан с величиной числа цв Рейнольдса. Классическое исследование отрыва потока на круговом цилиндре и сфере может служить иллюстрацией зависимости отрыва потока от числа Рейнольдса.
Если применить теорию течения невязной несжимаемой жидкости, будет получена картина линий тока, изображенная на фиг. 13 сплошными ливиями. Ввиду отсутствия вязкости, предполагаемого в теории потенциального течения, поток нв отрывается, а примыкает к поверхности тела. В случае очень медленного, так называемого «ползущего» 0 0 з 1О !Б гв гз Ф и г.
13. Отрыв потока на круговом цилиндре. движения при Вве — — и„Дт ( $ силы инерциипренвбрежимо малы по сравнению с вязними силами. Сопротивление, воаникающее при таком движении, обусловлено силами, необходимыми для деформации частиц вязкой жидкости. При очень малых числах Рейнольдса процесс деформации распространяется на большое Расстояние от тела по сравнению с малой толщиной пограничного слоя при больших числах Рейнольдса. 24 ГЛАВА « Поле давления при медлеином движении удовлетворяет уравнению потенциала, и отрыва потока пе происходит. В атом случае теплопередача осуществляется только посредством теплопроводиости.
При возрастании числа Рейкольдса поток отрывается от тела и картина течения соответствует штриховым линиям. На фиг. 13 поток присоединен к телу ка участке от передней критической точки по крайней мере до точки А при всех числах Рейнольдса. Точка А обозначает точку отрыва ламинариого потока. Для идеальной жидкости теория предсказывает распределение касательной составляющей скорости аа пределами пограничного слоя по следующим законам: и,=2з«пфи для цилиндра, 3 и,= — гйп фи для сферы. 2 Согласно этим формулам, течение ускоряется до ф = 90', однако ламинарное течение отрывается уже при ф = 80 — 85' на поверхности цилиндра в области отрицательных градиентов давления потенциального течения.
Причина такого расхождения кроется в том, что теория идеальной жидкости применима лишь вблизи передней критической точки, тогда как максимальная скорость в действительности достигается при ф = 70', а пе при ф = 90', как зто предсказывает теория идеальной жидкости, и значение этой скорости составляет 1,6и „[6!. 'Хаким образом, под влиянием отрыва потока точка максимальной скорости сдвигается вверх по течению до ф = 70'.
Ниже точки ф = 70' статическое давление возрастает, и при ф ) ) 80' поток отрывается, если течение ламинарное. Как упоминалось выше, при турбулентном течении происходит более интенсивный обмен количеством движения, вследствие которого турбулентное течение обладает большей способностью к сопротивлению возрастающему положительному градиенту давления и трению, и позтому отрыв потока происходит при больших значениях ф, чем в случае ламинарпого течения. Так, точка отрыва турбулентного течения от кругового цилиндра (В) соответствует р =110'. За точкой отрыва формируется след, в котором возникает обратное течение и образуются вихри.
Так как точка отрыва ламинарпого потока располагается выше по течению, чем точка отрыва турбулентного потока, размеры следа в первом случае больше, и соответственно можно ожидать большее полное сопротивление. На фиг. 14 показаны картины линий тока при различных числах Нею При числе Рейнольдса 10 происходит отрыв ламинарного потока, и за подветренной стороной цилиндра образуются два слабых вихря.
Вследствие отрыва потока возрастает сопротивле- ИВЯДКНИЕ В ПРОВЛВМЫ ОТРЫВА ПОТОКА гб мяе давления, достигая примерно половины от полного сопротивления. При числах Рейнольдса 100 течение нестационарно, и вихри срмваются поочередно. Область следа вытягивается, и грормируется вихревая дорожка Кармана. Так как область следа довольно велика, преобладает сопротивление давления. а,б О -г Полный напор ~% ф йе = 0000 Ке = !4480 О О,б ке = ваооо Ке = !Оаааоа е Ф и г. !4. Типы течений около бесконечно длинного цилиндра [!3].
о — Не( 1; б — Не- 20 Б — точка отрыва ламинарного пограничного слоя; з— Не = !14, одна из стадий 05теканик, чередующихся по мере схода противоположных вихРей; справа приведекы результаты явмерений полного напора насадком вдоль линии АА' с уйаааивем ширины свободного ламинарного слоя; е — границы свободного слоя прн чвслах Рейнолыюа 5000 и 14 480 и графики иаменения ширины свободного слоя с расстоянием х по патоку; сплошная кривая соответствует числу Рейнольдса 5000, штриховая — более высокому числу Рейиольлса или потоку с более интенсивной турбулентностью при числе Рейнольдса 5000; Π— положение точки отрыва ламинарного пограничного слоя и общий характер течения при числе Рейкольдса 80 000; переход пРоисходит одновременно с отрывом; е — положение точки отрыва турбулентного погрзшщного слоя и общий характер течения при числе Рейнольдса 1 000 ООО: переход начинается в ламвнарном пограничном слое перед точной отрыва.
П р и м е ч а и и е. Вгм геометрические размеры отнесены к диаметру цилиндра и. 26 ГЛАВА 1 При числе Рейнольдса 5000 отношение ширины свободного слоя к диаметру остается малым в направлении течения по сравнению с таким же отношением при числе Рейнольдса около 15 000. В интервале чисел Рейнольдса 10э — 10э отрыв потока имеет ламинарный характер, хотя след является турбулентным. Коэффициент сопротивления сохраняется приблизительно постоянным, как видно иа фиг. 15, где приведена зависимость С р от Ве„, 1ОО во и з 6 1 о,з о,з 0,4 од О,1 О,З О,З 1 З б 1ОЗО ОО1ОО 1ООО ЮООО 1ООООО 1ОООООо Вез Ф и г. 15. Коэффициент сопротивлеиии в зависимости от числа Рейнольдса при поперечном обтекании длинных цилиндров и сферы ~141.
а полное сопротивление создается главным образом за счет сопротивления давления. Точка отрыва ламинарного потока располагается при <р = 80 — 85'. При числах Рейнольдса, ббльших 10э, течение в пограничном слое становится турбулентным, и точка отрыва смещается вниз по потоку приблизительно до 1р = 110'. Область следа значительно сокращается по сравнению со случаем отрыва ламинарного потока, и соответственно падает сопротивление давления, как зто видно на фиг.
15 в области Вел — †5 000 [13, 141. На фиг. 15 показана такя е зависимость С р от Ве„для сферы. На сфере точка отрыва ламинарного потока соответствует 1р 90', а турбулентного — 1д ж 110'. Интервал критических значений числа Рейнольдса составляет 1,5 10' < Велкр < 4.10э, причем ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА Иеа УменьшаетсЯ с возРастанием тУРбУлентности потока. нирит В начале двадцатого столетия Прандтль и Эйфель измерили сопротивление сфер. Измерения Прандтля дали значение С и —— = 0,44, а Эйфеля — С и = 0,176. Позднее Прандтль заметил, что отрыв потока имел место при ~р ж 90', а если в передней части сферы установить проволочное кольцо, то безотрывное течение 1 Ьр 9 -3 0 60 120 160 2ЛО 300 660 Ф н г. 16.
Распределение давления по поверхности кругового цилиндра 141. 1 — асиритичесисс число Рсйисльраа; а — сеерхиритичесисе число Рейасльнсе; с — тссретичес се реснредеиеиие. распространяется дальше по потоку и в этих условиях измеренное значение С р составляет 0,176. Ясно, что первоначальные измерения Прандтля С р = 0,44 соответствовали отрыву ламинарного потока, а измерения Эйфеля С н —— — 0,176 относились к отрыву турбулентного потока [15]. Измерения распределения статического давления по поверхности цилиндра весьма полезны для понимания явления отрыва потока.
Как показано на фиг. 16, имеется существенное различие между измеренным распределением давления н распределением, предсказываемым теорией потенциального течения. Видно также, что число Рейнольдса оказывает влияние на распределение давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
