Chang_t1_1972ru (1014102), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Три режима точения около уступа, расположенного по потоку, М =. 2,0 [38[. с — чисто ламииариый, Мс = 2,0, Кег С,(1.10"; б — переходный, М, = 2,0, Ке = О,б 13', в — турбулевтвый, Мв = 2, Ке = 0,39 10' (с турбулиаатором). 1,В У Ув 1,0 1,0 О,а О,б О,В ;с/1. а 1,0 04 б',Б ОВ 1,0 0,6 ОВ 1,0 х/1. ' ' х/1.
б 0 ВВКДКНИК В ПРОВЛКМЫ Отгь>вл ПотОКА 51 Зл ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НА ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ Теплопередача оказывает влияние не только на положение отрыва, как упомипалось вьппе, но также и на характеристики отрывного течения. Так как в областях присоединения могут существовать «горячие пятна>, влияние теплопередачи на отрывное течение привлекает пристальное внимание.
Физический процесс теплопередачи при отрывном течении частично объясняется следующими тремя механизмамя: 1) теклопроводность между стенкой и средой в области отрыва; 2) теплопроводность через свободный вязкий слой; 3) перенос массы между областью отрыва и внеп>ним течением. Анализ 11арлсона [39[ подтверждает механизм переноса массы Чепмена — Ларсона [40, 41[, в то время как модель переноса массы Харвата [42] дает более точные полуэмпирические поправки к результатам измерений, чем другие методы.
Объяснение процесса теплопередачн, предложенное Харватом, состоит в следующем. Область отрыва «дышит» с ультразвуковой частотой, и в течение одного полупериода в зту область вводится масса. Так как в области отрыва теплопередача к стенке высока, избыточная масса нагревается до телшературы стенки и уносит это тепло. вытекая из области отрыва в течение следующего полупериода. Таким образом, интенсивность теплообмена зависит от нестационарного обмена массы. Ниже будет расс>готрено влияние теплопередачи на отрывные течения, вызванные уступа»н и вырезами. 3.3.1. Усшупы Гедд и др.
[43] получили коэффициент теплопередачп, коэффициент восстановления, а также давление, напряжение трения и число Маха для уступов, обращенных навстречу потоку и расположенных по потоку, при М = 2,44 и турбулентном режиме течения в пограничном слое (фиг. 42, 43). Средняя температура поверхности стоная 65 'С, температура торможения 40 'С и соответствующая температура восстановления около 18 'С. Сравнивая распределения давления на ненагреваемом Уступе [38[ и на нагреваемом уступе [43) можно заметить. что теплопередача оказывает довольно слабое влияние на давление.
Трение на стенке перед уступом имеет такое >ке значение, каь и без уступа. В точке, где начинается рост давления, трение уменьшается и обращается в нуль в сечении, где отношение давления и его значению во внешнем потоке составляет около 0,2. Ниже точки отрыва трение на стенке практически равно нулю на расстоянии до 4 5 см перед уступом н аатем возрастает, Однако данные /В ГЛАВА 1 О2 о коэффициенте теплопередачи Й оказываются весьма неожиданными. Величина Ь определяется как плотность теплового потока в вт/сме, отнесенная к разности (в градусах) температуры поверхности и местной эффективной равновесной температуры Т„, (соответствующей нулевому тепловому потоку).
Измеренные значения Ь А А "и"ддд а -ю т-А 5 "мг ссп 5 1,5 1,о / А О,О / О 95 0,90 ОЛО ср и г. 42. Результаты для областей отрывного течения (43). А — средние еначения нри отсутствии уступа. представляют собой некоторые средние аначения по верхней части прибора, измеряющего тепловой поток, а не действительное значение в точке.
Вверху по потоку перед уступом й имеет немного меньшее значение, чем при отсутствии уступа. При приближении к уступу й вначале возрастает, а затем снова уменьшается и наконец вблизи уступа возрастает вдвое по сравнениуо со значением вверху по потоку. Такой рост й объясняется ростом давления в этой Рассптпппе перед уступам,мм гаа иа 1ОО ОО О %ФО апд О А --и" н = .Г: / и -в Расстаппас са утпупам,мпс О 5О 100 !50 гаа б 75 . Оа ВВКДКНИЕ В ПРОВЛКМЫ ОТРЫВА ПотОКА области [43[. За уступом, расположенным по потоку, значение й мало вблизи уступа, а затем быстро достигает своего максимального значения за точкой присоединения. Прн гнперзвуковых скорростях летательного аппарата, когда длина отсоедннпвшегося слоя смегяенин меныпе или равна радиусу носовой части аппарата, яаправлелие помола гм=о прп у=о еа васк к случаев) к к' к' 17,26 14;7 12,25 5,62 707 4 Я рассмоялпе пере0 усп1упом, см 1,55 „г у :" .~ ''' ''' у о 1,71 7 44 5,71 5,25 5,75 цз 15,5 гв,а россмсллое за усмупом,см и пк Фнг.
43. Профвлн чнсла Маха в областях отрыва [43[. тепловой поток в области присоединения может достигать значений, превосходящих в два и более раз соответствующее значение в передней критической точке [441. Больпюй приток тепла в области присоединения частично обусловлен агалой толщиной пограничного слоя, начинающегося от точки присоединения [45[. Эффективный коэффициент восстановления определяется следующим образом: Тке 1+0,2гвЫ,' Тов 1+0,2Мл где ҄— эффективная температура восстановления, равная температуре Т ., при которой местный тепловой поток обращается в нуль, если Т постоянна, ҄— температура торможения при отсутствии притока тепла. Эффективный коэффициент восстановления изменяется от точки к точке, и его значения не обязательно совпадают со значениями коэффициента восстановления для нзо- ГЛАВА Г лированной стенки, хотя моя«но ожидать, что он изменяется приблизительно таким к«е обрааом.
Из распределения чисел Маха на фиг. 43 видно, что присоединение потока происходит на расстоянии 4,5 см за уступом, что согласуется с результатами измерений поверхностного трения, обращающегося в нуль на расстоянии 4,5 см, а затем возрастающего далее по потоку. Исследования течения в области присоединения при малых скоростях показывают 1461, что профиль чисел Маха Ф н г. 44.
Возможные конфигурации линий тока 1461. подобен изображенному на фиг. 43. На фиг. 44 показаны возвратные течения в зонах отрыва, соответствующие фиг. 43. Схема внутреннего течения для модели массообмена Харвата н др. 142] представлена на фиг. 45. Вследствие пульсаций разделяющей линии тока в интервале ~Л около среднего положения (фиг. 45) в полость периодически втекает некоторая масса Нт.
Эта жидкость циркулирует вокруг вихря «сжатия», попадает в свободный вязкий слой и вытекает за точкой сжатия. Л составляет некоторую часть от толщины свободного вязкого слоя бз при отрыве. Импульс, соответствующий переносу количества движения в полость, и центробежная сила, обусловленная несбалансированной массой, вращающейся вокруг вихря «сжатия», должны быть уравновешены. Неустановившийся приток массы за одну пульсацию равен Йи ри „Л. Количество тепла, передаваемое жидкости, втекающей в полость, и уносимое ею из полости, приходящееся на единицу поперечного размера в единицу времени, равно д =с М(т,„— т„), ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА где в этом случае 7„— температура нтекающей жидкости. Коэффициент теплопередачи для полости длиной Ь равен Ч д Б1 == и (Гсм — Ти) с,ри Ь Эта модель массооомена подтнер;вдается экспернментальнымн наблюдениями, однако очевидно таки'е, что не все полости пульсируют, поэтому ооласть применения данной модели ограничена.
Заяа яуяисаний ми см мисм имия" Ф н г. 45. Струнтура внутреннего течения для модели с теплопередачей посредством массообмепа [42!. Экспериментальные результаты Харвата и др. в основном подтверждают данные наблюдений Ларсона (4$!. Визуализация течения и изучение диффузии тепла, выполненные Харватом и др., подтвердили существование интенсивного массообмена между полостью и внешним течением, а также неустановившегося течении. Кроме того, течение в центральной зоне имеет три слоя по вертнкали: ко дну примыкает слой возвратного течения, относительно слабого и неустановившегося, но в среднем направленного вверх по потоку; промежуточный слой характеризуется сильным воавратным течением, но в целом в нем отсутствует какой-либо определенный поток массы и, наконец, свободный вязкий слой.
В окрестности внутреннего угла, вызывающего сжатие потока, вихрь довольно интенсивный, но около внешнего угла, вызывающего отрыв, вихрь слабее и его знак противополо'кен. На фиг. 46 приведены типичные характеристики течения в вырезе, протяженность турбулентного пограничного слоя в котором неизвестна (47!. Коэффициент теплопередачи Й и коэффициент восстановления г определены следующим образом: = ц|(7„, — 7емм), г = (7г — 7 ))(7с — 7 ), ГЛАВА 1 56 где з7 — плотность теплового потока, вт/смз, Т„, Т,ее, Т„, ҄— значения температуры на стенке, эффективной температуры, температуры, восстановления и температуры в набегающем потоке, 'С. Т,ее соответствует температуре при оо = О и пе обязательно равна Т,.
В действительности ясе они совпадают. р рс о,гоо одво ьеб г 1з (ос дог боо Ф и г. 46. Распределение дазленин, коэффициента носстанозлення, нозффпциента теплопередачи и коэффициента поперхностного трения по дну выреза; М = 1,8, Ь' = — 10 мм (471. индексами О к е обозначены значения з момент времени з = О н па плоской пластппе соотзетстзепзо.
Максимальные значения давления, коэффициента восстановления и поверхностного трения имеют место вблизи задней стенки выреза, а максимальное значение Ь достигается немного ниже по потоку от среднего сечения выреза, где значения коэффициента восстановления и давления минимальны. Томан [47! ааметил два ВВКДЕНПК В ПРОСЛЕИЫ ОТРЫВА ПОТОКА вихря в вырезе. а наблюдения с использованием теневого прибора и интерфероиетра показали, что течения в наиболее глубоких вырезах являются неустановившимися с пульсациями давления в несколькях ограниченных зонах. Так как поверхностное трение уменьшается в болыкей степени, чем теплопередача, в области отрыва нельзя применять аналоги)о Рейнольдса без дальнейших исследований характеристик течения в этой области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
