Chang_t1_1972ru (1014102), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Равдвлвював линия васа Равдвлвюсвав линия вена Ф и г. 37. Замкиутая каверне при Ф и г. 38. Открытая кавеояа ири двумерном отрмзе ~351. деуыериоы отрыве ~351. жающего конфигурацию линий тока, сходящих с поверхности. На фиг. 36 показан другой пример: образование вихря при обтекании цилиндрической стойки, установленной на пластине.
Отрыв, пронсходящий вдоль двух линий обыкновенного отрыва, Разделяется точкой сингулярного отрыва, расположенной на линии симметрии. Благодаря вторичной завихренности поверхностные линии тока после отрыва свертываются с образованием двух больших вихрей. Нри двумерном отрыве всегда образуется каверна, в которой скорости малы, Установившиеся вихревые области течения отде- ГЛАВА « 46 ляются от основного потока некоторой поверхностью.
Каверна может быть замкнутой или открытой, как видно из фиг. 37 и 38. В трехмерном течении каверна образуется не всегда. Каверны при отрыве могут быть установившимися и неустановившимися. Замкнутые каверны в двумерных н трехмерных течениях образуются на поверхности профиля, в углублениях, в углах и на расширяющихся стенках днффузора. 2.1.2. Срыв Если отрыв потока нежелателен в иня«енерных приложениях, его условились называть «срывом». Напомним, что срывом на крыловом профиле называют отрыв потока, ухудшающий характеристики профиля вследствие резкого возрастания сопротивления и падения подъемной силы. Однако на практике отрыв потока не всегда нежелателен, Например, благодаря взаимодействию отрывного течения, создаваемого иглой, установленной перед тупым телом, при сверхзвуковых скоростях полета с отошедшим головным скачком уплотнения лобовое сопротивление сильно уменьшается.
Следовательно, необходимо новое определение понятия срыва как явления в течении, которое приводит к накоплению значительных количеств заторможенной жидкости и часто связано с появлением нестационарности [35). Нестационарность возникает из-за периодических выплескиваний накопившейся застойной жидкости, а так как возможность вытекания исключена, накопление жидкости продолжается.
В трехмерном течении существует компонента скорости,перпендикулярная направлению основного потока. Накопленная жидкость может выплескиваться в этом направлении. Поэтому в несимметричном течении, т. е. в трехмерном течении, срывы встречаются редко. Однако в строго двумерном течении вытекание по нормали к направлению основного потока исключено и возможно накопление значительного количества заторможенной жидкости с периодическим выплескиванием; другими словами, возникает срыв. На практике двумерные течения встречаются весьма редко и чаще всего наблюдается осесимметричное течение. В противоположность строгому определению отрыва потока определение срыва следует считать довольно субъективным, так как его существование связано с геометрией поля течения и характеристиками жидкости. 3.
МЕХАНИЗМ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ В последнее время отрывные течения при сверхзвуковых скоростях потока исследовались значительно интенсивнее, чем прн дозвуковых скоростях. Вследствие этого изучим физическую картину отрывного течения на основе результатов исследования ВВЕДЕНИЕ В ПРОВЛЕМЫ Отвызх потОКА 47 при больших скоростях и сделаем соответствующие замечания „ля дозвукового потока. Рассмотрим только такие виды отрывных ечений, которые вызываются наличием клина, уступа, выреза, иглы, а таки'е течение в донной области относительно малых размеров по сравнению с размерами тела. Течение в следе на большом расстоянии за телом не рассматривается.
Часто отрывное течение называют «застойным»., но это не означает, что его скорость равна нулю. Н действительности наблюдается сложное нестационарное течение, и на поверхностях тел двумерной формы развиваются трехмерные течения. Течение в области отрыва характеризуется взаимодействием между вязким, или диссипативным, течением около поверхности твердого тела и «внешним», почти изознтропическим течением. Перенос количества движения от «внешнего течения» к диссипативному можно рассматривать как фундаментальный физический процесс, определяющий давление. Теория сме«пения Крокко— Лиза [8! основана на этой концепции (будет рассмотрена более подробно ниже в этой главе и в гл. ГХ), которая была модифицирована Гликом [36!.
На основе теории Крокко — Лиза были рассчитаны характеристики отрывного течения, вызванного уступом, обращенным навстречу потоку [37!. ЗЛ. РАВЛИЧИЕ МЕЖДУ ДОВВУКОВЫМ И СВЕРХЗВУКОВЫМ ОТРЫВНЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ Используя модель клина с углом 10', изображенного на фиг. 39, Чепмен и др. [38! установили фундаментальное различие между ламинарными дозвуковымн и сверхзвуковыми течениями в характере распределения давления прн различных числах Рейнольдса, Как видно иэ фнг. 39, а, при дозвуковых скоростях (0,4 ( М ( -( 0,8) изменение числа Рейнольдса весьма слабо сказывается на распределении давления и не сопровождается регистрируемым изменением роста давления до отрыва [(р, — р»)!!7« =- 0 82:Е ~ 0,005 при всех числах Рейнольдса). Индекс 0 означает условия в начале взаимодействия, т. е.
в точке, выше которой по потоку давление по существу такое же, как н в невязком течении. Кроме того, распределение давления приближенно соответствует давлению в соответствующем невязком течении, определенно»«у по теоРии малых возмущений для наклонной плоской пластины и изображенному штриховой линией на фиг. 39, а. Однако, как видно из фиг. 39, б, при сверхзвуковом течении в интервале 0,18 10' ( ( Пес ( 1,26.10' распределение давления зависит от числа Рейиольдса, изменяются также положение точки отрыва и значение давления, при котором происходит отрыв.
Кроме того, измеренное распределение давления не совпадает с распределением, вычисленнь!м по теории невязкого течения, которое скачкообразно изме ГЛАВА 1 48 няется от постоянного значения, как показано на фиг. 39, 6 штриховой линией. Из зтих двух фигур можно заключить, что в дозвуковом течении распределение давления вблизи отрыва и перед ним определяется в первую очередь распределением давления в невязком течении около тела заданной формы и лишь во вторую очередь о,з о,г Р-Ре чо 0,1 0,4 О,б О,б 1,0 х/~ а 1,3 1,2 Р Ро 1,1 1,0 0 0[2 04 О,б О,б 10 1,2 'х/ь 6 Ф и г.
39. Сравнение дозвуковых и сверхзвуковых течений нри различных числах Рейкольдса [38). а — Лозвтковое течение, «лии 10', Од = М я 0,8; и = — М1 6 — сверхзвуковое течение, клин 10', Мт= 2. зависящим от числа Рейнольдса взаимодействием между пограничным слоем н внешним течением; в сверхзвуковом течении распределение давления вблизи отрыва определяется в 11ервую очередь зависящим от числа Рейнольдса взаимодействием (свободное взаимодействие) и только во вторую очередь распределением давления в невязком течении.
8.2. ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ, ВЫЗВАННОЕ УСТУПАМИ ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ41АБЕГАЮЩЕГО ПОТОКА Для отрывных течений, обусловленных взаимодействием скачков уплотнения, вызванных уступами, обращенными навстречу потоку или расположенными по потоку, Чепмен и др. [38] измери- ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА ли распределение давления при Ма — — 2,3 и 2,0 (фиг. 40, 41), где индексом 0 обозначены условия непосредственно перед отрывом. Из этих фигур видно, что существуют три режима течения в зависимости от того, является течение ламияариым, переходным илн Турбулентным. При дозвуковых скоростях ламинарное отрывное течение очень легко переходит в турбулентное. поэтому ламинарное течение (несжимаемой) я'идкости практически не представляет интереса.
Однако ламинарные отрывные течения газа являются устойчивыми. Прп чисто ламинарном режиме обтекания уступа, обращенного навстречу потоку (фиг. 40). имеется область «плато давления» с почти постоянным давлением в области отрыва. Давление отрыва ра и давление в области плато рр соответственно на -15 и ЗОаа вьппе.
чем давление непосредственно перед областью отрыва. В ряде случаев наблюдалось очень счабое возрастание давления во внутреннем угле уступа и на его лобовой поверхности. На небольшом участке у внешнего угла уступа существует область, в которой местное давление на лобовой поверхности выше, чем давление в области отрыва, так как часть оторвавшегося слоя затормаживается на этой поверхности. Если оторвавшийся слой в точке отрыва толстый, то это возрастание давления незначительно. Если же он очень тонок, то давление возрастает на небольшом участке вблизи внешнего угла.
В переходном режиме пограничный слой сохраняется ламинарным при отрыве, так что возрастание давления, вызывающее отрыв, остается по существу таким же. как и при чисто ламинарном отрыве. Но переход приводит к более высокому росту давления перед присоединением потока на уступе. Изменение давления на лобовой поверхности уступа, составляющее примерно 0.1 ра, обусловлено существованием в области возвратного теченяя перед уступом достаточно больших дозвуковых скоростей. Так как переход сам по себе является существенно неустановившимся процессом, течение в области между переходом и точкой присоединения такяае неустановившееся.
Прп турбулентном режиме рост давления при отрыве намного больше. В области отрыва не существует плато давления, поскольку вихревое движение в турбулентном слое повышает энергию жидкости. Давление на лобовой поверхности уступа подобно давлению в переходном режиме; степень устойчивости турбулентного течения не столь высока, как у ламинарного, но выше, чем у переходного течения. Есчп уступ расположен по потоку, как покаэано на фиг. 41, то область плато давления существует во всех трех режиыах, но величина давления, как и ожидалось, наименьшая при турбулентном и наибольшая прн ламинарном течении. а-аааа 2,2 2,0 1,2 Ф и г. 40.
Три режима течения около уступа, обращенного навстречу пото- ка, М = 2,3 [38[. с — чисто ламииарлый, М, = 2,3, Ке =- 0,2 10', б — переходный, М, = 2,3, Ке = Е,бб.(О', в — турбулевтиый, Мв = 2,3, Ке, = 1,32 (О' (с турбутизатором). 1,0 О,В Р Ро 0,4 ОБ 1,0 1,4 1,В Ссб 1,0 1,4 1,8 О,б 1,О 1,4 1,В х/3 х/1. х/1. а б В Ф и г. 41.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
