Дейч М.Е. - Техническая газовая динамика (1062117), страница 34
Текст из файла (страница 34)
5-26 а, приведено изменение относительной толщины — = во в гоу зависимости от М при нулевом градиенте давления. С приближением к звуковой скорости уменьшение толщины потери импульса составляет около 15а/а. Независимость профиля скорости от числа М дает основание считать число Ке основным параметром, опре- деляющим профиль скорости при отсутствии градиента давления, и распространить результаты многочисленных экспериментов по определению его влияния в несжимаемой жидкости на течение сжимаемой жидкости. а цг дв а,у цв ав ло Рис. 6-27.
Влияние числа йе на профиль скорости и турбулентном пограничном слое. На рис, 5-27 приведеньг шесть профилей скорости, полученные при изменении числа Ке и постоянном числе М. Увеличение числа Ке от 0,61 10' до 1,08 10' приводит к характерному изменению профиля скорости. Дальнейшее увеличение числа Ке не вызывает заметного изменения профиля скорости. Другими словами, начиная с величины 266 )те=10', профили скорости могут быть выражены общей зависимостью.
Исследование влияния числа )те на интегральные толщины В и 6 показало, что с ростом Ке, как и в случае несжимаемой жидкости, этн величины уменьшаются. В области малых значений Ке изменение Ь оказывается довольно заметным, С увеличением числа )бе уменьшение толщины о происходит менее интенсивно. Аналогичным образом меняются и толщины вытеснения. Таким образом, влияние числа Ке при больших скоростях на турбулентный пограничный слой с качественной стороны оказывается того же порядка, что и в потоках несжимаемой жидкости, Для исследования вопроса о влиянии числа М при наличии градиента давления были сняты профили скорости в диффузорной области (рис.
5-28,а) и при конфузорном течении (рис. 5-28,б). Как видно из приведенных кривых, все эксперимеятальньре точки независимо от числа М образуют практически одну кривую. Этот факт еще раз подтверждает сделанный ранее вывод о том, что при дозвуковых скоростях изменение числа М не приводит к заметным изменениям профилей скорости. Следовательно, основным фактором, определяющим течение в пограничном слое сжимаемой жидкости, является продольный градиент давления.
Результаты исследования показывают, что влияние сжимаемости на структуру турбулентного пограничного слоя является косвенным. При изменении числа М меняется распределение давлений вдоль обтекаемой поверхности. С ростом числа М абсолютные значения градиентов давления возрастают. В соответствии с этим меняются основные характеристики слоя. В конфузорном течении В уменьшается, а в диффузорном †возраста. Изменение продольного градиента давления от положительного до отрицательного значения приводит к существенной деформации профилей скорости, Это отчетливо видно из рис. 5-29, где изображены профили скоростей, полученные в диффузорном канале при различных градиентах давления. На рис. 5-30 приведена кривая изменения толщины потери импульса в функции параметра Г, полученная из эксперимента.
Чтобы исключить влияние сжимаемости, тол- -Пт -пг -П,В -п,4 - П,5 / гпб 5 В 7 В и lп и тг ап !4 г5 76 !7 lп гп Латртел лп 4В П,7 пп а) Рис. 5-28, Влниние числа М на профиль скорости в турбулентном пограничном слое. а-арофиль скорости в лиффуаорлоа области, нс=ьб.юь: 2б7 б, /,0 0,7 0,5 О,Э О,г О/ 268 /,0 00 07 Об Об Об о,г О/ О / 25 а 5 б 7 б б /О // /г /б /5 /5 /б' /7 /б /б лма ете чем Об Об 05 Об 07 Олб ОЭ /О б/ Рис.
6-28. 6 — врорвль свороств в лов руэориоа о5лссти, Ив=2.1а. щина 6" была отнесена к соответств1ующей толщине 8„ для безградиентного течения при той же скорости внешнего потока. Все точки группируются вокруг одной кривой. Из кривой следует, что в данном случае 6*' является функцией одного параметра Г, Следовательно, когда распределение скорости на внешней границе пограничного ;о О Д/ аб аб 05 Дб аб Ц/ бб 05 /00 Рис.
6-29. Профили скорости в диффузоре лри различных градиентах давления. 1 — Гм 1/И С Ь вЂ” 1,О25ММ/ М=ееае/ и=2.41 И,=1/И; г-Ь =5552ММ: Ь= =о,755 мм; м=о,544; и=1,57; и =1 4; 3 — ь =5,334 мм; ь =м/,52 мм; м=о,54; и= =1,52; и =1,4; 4-53 ~1,37 мм; Ь'=0,533 мм; М=е,еаь; И=2,2; Нь — -1.7. 269 у,п п.у г,пп аг пу ап пп ау пп ап уп б1 дП у.г пг тап а4п ап 2?О слоя близко к линейному, расчет по однопараметрическому методу физически обоснован. Отсутствие зкспериментальных данных, относящихся к другим значениям второй производной, не позволяет сделать более общего вывода. Опытные данные, характеризующие влияние начальной турбулентности на структуру пограничного слоя„показаны на рис.
5-31. С увеличением Е, возрастает полнота профиля скорости. Однако наполнение профиля существенно апп и -гпп -гпп -упп и гпп гпп гпп Рис. 5.20. Зависимость относительной толщины потери импульса от параметра Г. зависит от знака и величины градиента скорости внеупнего потока. Наибольшее влияние Е, оказывант в диффузорном течении, что подтверждают графики изменения 6" вдоль плоской стенки при различных градиентах давления (рис. 5-32).
Наименее чувствительным к изменению Е, является конфузорный поток 1 — ~ (О). 1 и'л С возрастанием числа Рейнольдса влияние Е, умень. шается (рис. 5-32). Аналогичный результат получен и при различных числах М; с увеличением М расхождение кривых уменьшается, в особенности при М, близких к единице. Отметим, что в связи с увеличивающейся полнотой д' профиля скорости в слое параметр О = †,.
заметно снид" Рис. 5-31. Влияние начальной турбулентности. о в нв пропала схорсстн в турбулентном пограннчном слое; 6 в на толвснну потери импульса орн раалнчных градиентах давления. з.б г.г йб д4 Дб Па ДЛ Пт 273 272 жается с ростом степени турбулентности; в зависимости от знака продольного градиента давления вто снижение составляет 15 — 20 а~о. Особенно велико влияние начальной турбулентности при отрывном обтекании поверхности. В этом случае увеличение Е, приводит к резкому смещению точки отрыва по потоку и к улучшению обтекания поверхности.
Рис. 3.32. Влияние начальной турбулентности на тол щину потери импульса при градиентном течении. Приведенные данные показывают, что при расчете турбулентного пограничного слоя необходимо учитывать влияние начальной турбулентности. Заметные расхождения между опытными и расчетными (по формуле (5-70)) значениями 3 отмечаются при Ее~Зз1з. Рассмотрим некоторые свойства пограничного слоя при околозвуковых скоростях'. Вели скорость набегающего потока М будет больше критического значения М„ то у поверхности обтекаемого тела образуется область сверхзвуковых скоростей.
' Рассматриваемые здесь вопросы обтекании тел при околозвуковых скоростях частично затронуты в гл. 3. Область сверхзвуковых скоростей имеет ограниченную протяженность в направлении, нормальном к обтекаемой поверхности. В направлении течения (вдоль обтекаемой поверхности) область сверхзвуковых скоростей также ограничена. К этому заключению легко прийти, вспоминая, что на некотором удалении за телом скорость должна быть дозвуковой, так как скорость невозмущенного потока (перед телом) — дозвуковая.
Таким образом, зоны сверхзвуковых скоростей, появляющиеся при М >М,, имеют местный характер. В местной сверхзвуковой области течение газа вначале ускоряется, а затем тормозится. Однако торможение сверхзвуко- М-7 Рис. 333. Схема образования скачка уплотнения в местной сверхзвуковой зоне. вого потока, как правило, происходит с образованием скачков. Благодаря большим ускорениям в зоне сверхзвуковых скоростей газ оказывается значительно перерасширенным, т. е.
его давление падает значительно ниже дав. ления внешней среды. Это перерасширение сверхзвукового течения погашается скачком уплотнения. Как выше уже отмечалось, скорости при удалении от тела меняются по величине и направлению (возмущение потока в направлении от тела уменьшается). Благодаря этому образующиеся скачки уплотнения будут криволинейными с переменной вдоль линии скачка интенсивностью; за скачком поток становится вихревым. Образующиеся скачки уплотнения замыкают область сверхзвуковых скоростей. Передней ее границей является линия перехода (линия М, = 1).
Для идеальной жидкости замыквгощей поверхностью служит поверхность обтекаемого тела (рис. 5-33). В реальном случае вязкого газа расположение и протяженность местной сверхзвуковой зоны, а также структура скачков изменяются. Механизм взаимодействия скачков с пограничным слоем составляет важную часть проблемы сопротивления тел при околозвуковых скоростях. рис. 5-34. Схема взаимодействия прямого скачка и пограанчиого слоя. Скачки уплотнения в местной сверхзвуковой зоне создают большие градиенты давления, которые распространяются и в область пограничного слоя. Возмущения, возникающие в пограничном слое, распространяются против течения и по течению и влияют на поле потока у обтекаемой поверхности. Рассмотрим вначале йростейший случай, когда в сверхзвуковой зоне образуется один прямой скачок' (рис.
5-34). г Как указывалось в гл. 4, в неравномерном сверхзвуковом потоке скачок криволинейный Поэтому рассматриваемая схема являетсн лишь первым приближением. В пограничном слое скорости меняются от нуля на стенке до сверхзвукового значения во внешнем потоке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
