Chang_t2_1973ru (1014103), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Картина такого течения схематически иэображеыа на фиг. 48. главе гх Скачок уплотнения всегда начинается вблизи излома поверхности. Фоторегкстрацян при М = 10 позволила установить, что в зависимости от длины иглы и угла конуса в случае цилиндра с комической носовой частью и выступающей иглой существуют пять различных режимов течевия (фиг. 49). «В и г. 47. Схема модели е иглой [59]. Интересно отметить, что все границы яа фиг, 49 сходятся к значению угла отхода конического скачка уплотнения. Пульсирующее течение возникает при углах конуса, ббльших, чем угол, при котором происходит отход кояичз,,'гг 1 ского скачка уплотнения, в то время как при углах, ыеиьших етого значения, наблюдалось полностью присоедияепяое течение. На фиг. 49 каждой форме модели соответствует одва точка.
Область А соответствует беаотрывиому об- Ф и г. 49. Првеоединезие ие изломе иозерх- токавию, а области В иоюи [59]. и С вЂ” установившемуся течению с отрывом и присоедипеюшм. ['равица между областлми В и С определена приближеино, отчасти из-за трудностей устаповлеиия момеята, когда точка присоединения достигает излома поверхности и отчасти всяедствие разброса результатов измерений. Область,0 соот- ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ ветствует неуставовишпемуся течению. Пятый режим течения в области Е сравнительно несущественный.
Такое течение воавикает, когда игла не проникает через отсоединенный скачок уплотнения и не вносит изменений в поток. В случае А (безотрывное обтекание) пограничнмй слой на игле взаимодействует со скачком уплотнения, образующимся у основания иглы. Влияние соответствующего приращения давлении распространяется вверх по потоку в дозвуковую часть пограничното слоя, и его толщина увеличивается.
Однако для конусов Леол т од в та ао евана Ф и г. 49. Режимы обтекания тел с конической носовой частью н выступающей иглой )591. л Вевотрнвное остенаиие аА)) О на новеутноага )В): а на ивлоне аоеертноегн (О)) + аеуетановивжееол течение ап)) )/Н вЂ” отноонтелвнан нанна иглы; 2Š— угол нонуеа.
с углом при вершине, меньшим 30", зто приращение давления не достаточно велико, чтобы вызвать отрыв. Таким образом, при обтекании тонких тел не следует ожидать отрыва потока. В случае В вязкий слой присоединяется на конической поверхности тела. При установившемся отрывном течении интенсивность скачка уплотнения, требуемая для поддержания этого течения, намного меньше требуемой для первоначального отрыва. Таким образом, точна отрыва перемещается вверх по потоку, а угол отрыва уменьшается до тех пор, пока не будут достигнуты условия равновесия между ростом давления и способностью пограничного слоя противостоять ему. Равновесие при отрыве не зави- ГЛАВА 1Х сит от формы и размеров тела Так как случай В соответствует установившемуся потоку, то это означает, что некоторая фиксированная масса жидкости должна быть заключена в области отрыва.
Вазрастаиию давления в точке присоедииепия должно соответствовать отклонение внешнего потока. В общем случае рост давления уменьшается, когда точка присоединения смещается наружу. Таким образом, положение равновесия для вязкого слоя определяется ростом давления до уровня, при котором разделяющая линия тока достигает точки торможеиия, и вследствие этого сохраняется фиксированная масса жидкости в области отрыва. Случай С соответствует увеличению наклона позерхпости тела, когда точка присоединения перемещается ближе к излому поверхности, чтобы поддержать требуемое возрастаиие давления.
Вязкий слой присоединяется иа изломе поверхиости, где отклопеняе потока может быть значительно мекыпе, чем геометрический угол присоединения. Действительный угол носовой части тела оказывает второстепенное влияние, изменяя степень зависимости отклонения потока от положения точки присоединения.
Температура в области отрыва сильно влияет ка условия присоединения, так что граница между областями В и С иа фиг. 49 весьма чувствительна к измекепию температуры. На фиг. 24 — 36 показаны цилиндры с иглами, установленными перед плоскими и полусферическими носовыми частями. При М = 1,96 течение было либо ламияаркым, либо турбулентиым. Так как влияние скачка уплотиеяия распространяется иа значительяо большее расстояние вверх по потоку в случае ламинарного течения, чем в случае турбулентного течения [60), поток перед отрывом на фиг.
24 и 26 был ламикаркым, а на фиг. 25 и 27, по-видимому, турбулеяткым. Это удалось подтвердить с помощью тонких проволочных турбулизаторов (фиг. 28, 29). По фотографиям на фиг. 24 — 29 можно видеть, что во всех случаях ликии тока, проходящие вдоль границы области отрыва, отклоняются иаружу вблизи излома поверхности, поскольку здесь иачииается скачок уклоткеиия. Этот эффект более заметем в случае полусферического носка, чем плоского, в особеиности при ламинарном пограиичяом слов па игле.
Как видно из фиг. 24 и 26, при ламинарном пограничном слов ка игле половина угла конического скачка уплотнения, начинающегося вблизи отрыва, составляет приблизительно 25'. Так как этот угол меньше 30,7' (соответствующего М = 1,96), отрыв быстро перемещался вверх по потоку, как только возиикала такая картина течеиия. Одиако в случае турбулектного течения соответствующее зиачеиие угла скачка уплотнения хорошо согласуется с расчетным, вычислеквым по иаклопу поверхности области отрыва, указывая тем самым ка почти стационарное положение точки отрыва.
отвыв потока с пкгвднвя кгомки Типичную картину отрыва потока вблизи излома поверхности иглы можне увидеть на фиг. 30, где показано чисто коническое течение и выполнено условие постоянства давления в области отрыва. Таким образом, давление было измерено при условиях течения, соответствующих фиг. 30, и это измеренное распределение давления было приведено в начале равд. 5.4. Случай Р соответствует неустановившемуся пульсирующему течещпо. Было предположено, что неустойчивость потока связана в большей степени с явлением присоединения, чем с явлением отрыва [59).
В втой области были проведены интенсивные исследования [46, 56[. Хотя значения чисел Маха были разлнчнымн (М = 1,96 в работе [46), 6,8 в работе [56) и 10 в работе [59)), результаты наблюдений аналогичны, поэтому здесь излагаются реаультаты наблюдений Майра [46). Приведены фотографии пульсврующего течения с коротким периодом пульсаций (К = 1). Фазы течения представлены в хронологическом порядке, о чем можно судить по перемещению слабого прямого скачка уплотнения в направленви потока.
Ниже описано поведение потока в течение одного периода пульсаций [46[. На фиг. 31 перед тупым телом видны две головные ударные волны; волна, расположенная выше по течению, движется вниз по потоку и смыкается со второй ударной волной, как зто видно на фиг. 35 и 36, где представлены две фазы, непосредственно следующие за фазой, представленной иа фвт. 31. В установившемся потоке зта вторая волна вызывает отрыв потока на игле. На подлинной фотографии можно видеть слабую коническую ударную волну, вызванную отрывом и начинающуюся почти на половине расстояния между основанием иглы и первой ударной волной. На приведенной репродукции она почти незаметна.
Слабая линия, воспринимаемая как продолжение прямота скачка и на игле почти нормальная к направлению потока (фиг. 32), связана с эффектом «послесвечения» источника света и не заслуживавг внимания. Фотография на фиг. 31 соответствует началу перемещения точки отрыва вверх по потоку. По истечении 50 мкс точка отрыва достигает конца иглы (фиг. 32).
В атой фазе размеры области отрыва довольно велики, и на конце иглы формируется сильная, почти прямая ударная волна, распространяющаяся по нормали к игле приблизительнс на расстояние двух диаметров иглы от ее конца. На ббльших расстояниях наблюдается слабая ударная волна, наклоненная к потоку под углом, лишь немного превышающим угол Маха.
Головная ударная волна перед телом не проходит через область отрыва, а расщепляется на несколько ветвей на расстоянии около двух диаметров тела от оси. Это расщепление ударной волны, по-видимому, каким-то образом обусловлено взаимодействием с ударной волной, расположенной выше по потоку. Пограничный слой на тупом теле гллВА гх отрывается на торцевой кромке и присоединяется в некоторой точке ниже по потоку, формируя косой скачок уплотнения. На фиг. 33 представлеяа фотография, полученная примерно через 30 — 40 мкс после фотографии, представленной иа фвт.
32. В течение этого времени область отрыва расширяется, а значительная часть головной ударной волны на игле удаляется от тела. Прямая ударная волна, которая кажется расположенной непосредственно перед телом, должна иметь кольцевую форму, так как в области отрыва ударные волны не возникают. Светлая полоса перед телом соответствует участку ударной волны, расположенной вне области отрыва. На фиг.
34 примечательна затемненная область расширения непосредственно эа головной ударной волной на игле. Она может существовать только в течение короткого времени. Расширение, вероятно, имеет место, когда область отрыва ниже по потоку от точки отрыва начинает сжиматься. Можно предположить, что существование области отрыва ограничено очень коротким временем быстрого сжатия, достаточного для создания волны расширения. Фотография, представленная на фиг.
34, получена через 15 — 21 мкс после фотографии, приведенной на фиг. 33. На фиг. 34 внешняя часть головной ударной волны перед вглой еще удаляется от тела. Вблизи конца иглы головная ударная волна несимметрична, вероятно, потому, что нижняя часть волны начинает двигаться вниз по потоку немного раньше верхней части. На фиг. 35 и 36 показаны фазы пульсирующего потока. Эти фотографии получены через 40 и 60 мкс соответственно после фиг.
34. Ясно видно, что область отрыва сжимается и головная ударная волна даик<ется вниз по потоку вдоль иглы. В то же время внешняя часть головной ударной волны непосредственно перед пересечением с прямым скачком уплотнения еще продолжает удаляться от тела. Как видно из фиг. 35, 36 и 31, перед носовой частью тупого тела начинает развиваться новая, почти прямая ударная волна.
Прежняя волна, движущаяся вниз по потоку, сливается с этой новой волной и образуется единственная волна, которую можно видеть на фнг. 32 и 33. 5.4.5. Пульсирующее течение Краткое описание основных особенностей пульсирующего течения дано в равд. 5.3. В различных исследованиях [46, 48, 51, 52, 56, 58, 61, 62! наблюдались пульсирующие течения около осесимметричиых тел прн нулевом и ненулевом углах атаки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
