Chang_t1_1972ru (1014102), страница 7
Текст из файла (страница 7)
4. Режим струйного течения, при котором поток отрывается и формируется подобно струе. Кохран и Клайн наблюдали отрыв потока струйного типа, аналогичного теоретически исследованному Крокко и Лизом !81, однако теория Крокко и Лиза касалась лишь установившихся течений струйного типа, так что переходная зона отрыва (режим 2) окааалась не охваченной этой теорией. Для дальнейшего развития вполне надежных расчетов отрыва необходимы дополнительные исследования не только основного течения. но также характеристкк перехода пограничного слоя и аоны отрыва 128!.
Классическая концепция отрыва потока не ьюжет быть непосредственно обобщена на случай отрыва трехмерного потока. Поэтому необходим новый подход к проблеме отрыва потока на теле произвольной формы. г.с. Отеыв текхмвеного потокА. ОВОВЩКННАЯ Концяццкв Отгыва ПотОКА В классическом случае двумерного или осесимметричного течения с нулевым углом атаки отрыв потока отождествляется с возникновением обратного течения, когда точка отрыва представляет ГЛАВА 1 40 собой переднюю границу вихревого слоя, заключенного в отрывной области.
Но зта концепция не приложима к отрыву трехмерного потока [29, 30). Коли после отрыва происходит присоединение потока, картина течения соответствует изображенной на фиг. 28. В этом случае вихревое течение полностью заключено в тонком пограничном слое. Мур [29) установил, что область отрывного течения на трехмерном теле состоит из вихревого слоя, заключенного между поверхностью тела и поверхностью тока, присоединенной к телу вдоль замкнутой кривой, как показано на фиг.
29. Стрелки указывают возможное на- Вихревой слой Ф и г. 29. Присоединение потока [29[. Ф и г. 29. Область трехмерного отрыва [нид сверху) [29). правление результирующего напряжения трения на этой кривой и вне отрывной области. Физические представления о том, когда и где отрывается трехмерный поток, не всегда ясны. Поэтому Мур предложил рассматривать область отрывкого течения как вихревой слой, заклгоченный внутри пограничного слоя на теле, если только справедливы предположения о тонком пограничном слое.
2.1.1. Поверхностная линия тока Отрыв трехмерного потока может происходить без возвратного течения и нулевого поверхностного трения; поэтому необходим несколько более общий подход для определения и описания отрыва трехмерного потока. Этот подход основан на новой концепции поверхностных [предельных) линий тока. В работах [32, 32] предложено определение отрыва в трехмерном течении, согласно которому линия отрыва должна быть огибающей поверхностных линий тока на твердом теле. Как установил Эйхельбреннер [33[, критерием отрыва в двумерном потоке является условие др~дх = 0 и нулевое поверхностное трение, но двумерный отрыв являетсн только вырожденным случаем трехмерного отрыва !33), происходящего при др,гдв ~ О, где в — координата в направлении поперечного течения.
Эйхельбреннору удалось продемонстрировать существование трехмерной огибающей') поверхностных линий тока путем впрыскивания молока через отверстия яа гшверхности тела, испытываемого в водяной трубе (фиг. 30). Четкое определение поверхностной линии тока дано т1аскеллом 134). СВ и г 30.
Огибающая поверхностных линии тона на вллнпсопде 133). гари установившевгся течении поверхностные линии тока в каждой точке имеют касательные в направлении точения вдоль поверхности. На поверхности скорость равна нулю, но существуют линии тока, проходящие через точки (на высоте й) над поверхностью тела; поэтому поперхностные линии тока определяются ) Огпоаюптая понимается яо в ма о магическом смысле, а в смысле предельного положения, к которому стремятся ляпая тока. Сто 1л31я1П11, 1,апяпаг коппс)агу 1.ауегь, Ох1оМ, О!агщябоп 1'геев, еб.
Ьу 1,. ртовеп11еаб. ГЛАВА 1 42 по направлению движения частиц на бесконечно близком к стенке расстоянии. Тогда поверхностные ливии тока описываются уравнением л о где к, у, г — прямоугольные координаты, и, д, гд — соответствующие компоненты вектора скорости.
Линии тока не могут оканчиваться в потоке: они либо начинаются бесконечно далеко перед телом и оканчиваются бесконечно далеко за телом, либо образуют замкнутые кривые. Следовательно, если поверхностная линия тока не образует замкнутой кривой на этой поверхности, ояа должна примкнуть к стенке в некоторой точке присоединения и снова отойти от нее в некоторой последующей точке отрыва 8 ~331. Имеется два типа отрыва — обыкновенный и сингулярный.
Обыкновенный отрыв является обычным явлением для трехмерного течения; поэтому в первую очередь рассмотрим этот тип отрыва. На криволинейной поверхности ди ди и— дг г о дг (~ о однозначны и непрерывны, и, так как ди!дз и дд/дз пропорциональны тх и тю напряжения сдвига в среде должны быть однозначными и непрерывными, а линии поверхностного трения совпадают с поверхностными линиями тока. Обозначая г Мсго=Ию — = — ~ х хг л огг тю заметим, что угол ао конечен, однозначен и непрерывен, пока т„и то одновременно не обратятся в нуль.
Маскелл 134] и Дин [35! установили экспериментально, что отрыв в точке Я происходит только при условии, что две различные поверхностные линии тока сходятся и встречаются в этой точке. Затем они сливаются и отходят от поверхности в виде единой разделяющей линии тока. В точке отрыва, где встречаются обе линии тока, значения ого на обеих линиях тока одинаковы. Это означает, что обе линии тока должны быть касательны друг к другу в плоскости стенки, образуя точку возврата в месте отрыва.
Кроме того, эти линии тока должны касаться стенки в точке отрыва в дополнение к условию касания их между собой, как показано на фиг. 31 — 34. Наконец, можно установить, что при удовлетворении этих условий касания линия отрыва является также огибающей разделяющих линий тока.
Такие свойства обыкновенного отрыва присущи трехмерному течению, а обыкновенный отрыв возникает в точках возврата. ВВКДВПИВ В ПРОВЛВМЫ Отрыва пстска Следовательио, точки возврата поверхностных ливий тока являют- ся точками отрыва трехмерных течений. Позтому если найдены поверхностные линии тока, то может быть определена точка отрыва. Лоееркносщь вврьща Ф н г. 31. Обыкновенный отрыв [35!.
предеаькве к распевающее квакв тока; Р— оснквооеппая точка. Ф к г. 32. Отрыв с пщьтпрозанной особой точкой [351. предеаьвке к раедеащощве япввк тока; 3 — особая точка; Р— оопквоееввая точка. Ф в г. 33. Сппгунпрный отрыв Ф н г. 34. Иаопнрозанпан точка отры- дзунерного потока [34[. ва [34[.
а — ощяая точка. 8 — особая точка. При сиигуляриом отрыве т и тр обращаются одиовремеиио в куль и ~~=,,'.~с-р'„тт-„.а = ( ас )о/( ас )с О в сингулярной точке. Это означает, что капряя'екие трекия ка поверхиости обращается в нуль и в такой точке [яссе=[[к (™) до тр стаиовится иеопределеииым, а иаправлекие течения иа поверхиости может быть разрывным и многозначным. Другими словами, при сиигуляриом отрыве поверхиостиые ликии тока могут встречаться ке в точке возврата, а в точке иного вида. Единственным требоваиием к сингулярным поверхиостиым линиям тока являются пулевые аиачеиия напряжения трения иа стенке. Напоыиим, что классическая коицепция отрыва в двумерных и осесигсьсетричкых ГЛАВА 1 течениях связывает отрыв с точкой, в которой напряжение трения равно нулго.
Это означает, что только линия сингулярного отрыва удовлетворяет условиям двумерных и осесимметричных течений при нулевом угле атаки. Вероятно, линии сингулярного отрыва никогда не возникают в трехмерных течениях из-за отсутствия Лоеерхаосмь оьпрыеа Линна и ам рыеного ия мрыеа л Геометричесное место Линия присоединения мочем перегиба СГ н г. 35.
Трехмерный отрыв на стреловидном крыле лод углоы атакн ~351. поверхностного напряжения трения на таких линиях. Кстати, никто и не наблюдал таких линий в трехмерном течении [35!. Связь между концепцией поверхностных линий тока и вязкостью при отрыве потока заключается в том, что поверхностные линии тока определяют схему течения в вязкой области. Следовательно, фианческую природу отрыва трехмерного течения можно понять, если знать возможные схемы этого течения. Маскелл расчленял отрывное течение на две вязкие области: свободный вихревой слой и застойную область (каверну). Если размеры тела конечны, то поток сходит с тела на задней кромке. Конечно, поток может оторваться выше по течению от задней кромки.
Этот вид схода потока с тела принадлежит к классическим, а сход потока на задней кромке ранее не рассматривался как отрыв. Теперь в соответствии с анализом Маскелла сход потока на задней кромке также рассматривается как отрыв, поскольку в атом случае пограничный слой отделяется от поверхности тела. Течение около крыла конечного размаха при малом угле атаки является примером трехмерного течения. В этом случае отрыв потока происходит на острой кромке и линии тока, сходящие с поверхности крыла, образуют некоторую конфигурацию, около которой формируется основное течение. Часто сходящие с поверхности линии тока свертываются в вихрь, как показано на фиг.
35. Это явление описал и объяснил Дин ~35!. вввдвн дипнк В ПРОИЛКМЫ ОТРЫВА ПОТОКА Н трыве потока вихревой слой отходит от поверхности тела. При отры Цепосред дственно за отрывом завихренность в отрывном течении в основном ом перпендикулярна направленисо скорости невозыущенного поток ока и параллельна слою линий тока, сходящих с поверхности. Роз . Кроме этой завпхренности, может образоваться вторичная ваввхренно ность вследствие возвратного течения перед отрывом плп аа ним.
т Эта завихренкость вызывает свертывание линий тока, сходящих х с поверхности крыла., в вихрь, и эта вторичная завпхренность ость параллельна направленисо основного потока, окру- Линии есва иния снана ма лавврлносюи крива Ф и г. 36. Поверхностные ликии тоиа и сбегающие вихри ирк отрыве вограиичиого слоя перед цилиндрической стойкой 1Збс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
