Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 42

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 42)

Это значит, что находящемуся на указанном уровне воздуху передается некоторое количество движения и что волны не отражаются. Теория, которой обосновывается эта идея, весьма умозрительна, справедлива только для очень коротких волн и неприменима для типичных подветренных волн в атмосфере. Так как количество движения должно передаваться воздуху, который поглощает кинетическую энергию, то присутствие слоев с нулевым им по-видимому, должно означать, что воздушный поток на этом уровне в результате указанного поглощения замедляется и что значительная часть сопротивления горы приложена к воздуху на этом уровне. Этот вывод основывается на неполном математическом описании, которое неприемлемо для рассматриваемых длин волн.

ГЛАВА а 230 Вероятно, наиболее важным является то, что если ниже уровня нулевого ио ветровой градиент велик, то в случае волн, длина которых велика по сравнению с толщиной сдвигового слоя, он может быть ограничен достаточно тонким слоем, на верхней границе которого скорость равна нулю, и вести себя аУ бам/с Рнс 5.17.1. Структуры течении, наблюдавшиеся во Французских Альпах при четырех разных ветровых профилях.

Неясно, являются ли вихри на уровне нулевой скорости валами нлн внхрямн типа «кошачий глаз» 1кунии, 1Зазз. По мере смещения вниз по потоку размеры вихрей в подветренных волнах уменьшаются На схеме а на большей выозш ноиазанм наблюдавшиеся здесь более длинные валим. как разрыв скорости. Хотя это значит, что такое движение может превратиться в волновое (см. гл. 6), в случае длинных волн оно имеет тенденцию проявляться как статически устойчивый разрыв плотности и скорости со слоем покоящегося воздуха сверху.

При этом могут образовываться стоячие волны, а воздух вблизи верхней границы слоя стремится перейти в состояние маломасштабного неустойчивого движения. Такая возможность была предсказана ранее (Скорер, 1949). Действительно, подобные волны иногда наблюдаются планеристами (например, в Лонг-Минде, см. Скорер, 1953 а). волны в стРАтиоициРОВАннол жидкости Хотя теория не дает исчерпывающего объяснения этого явления, некоторые авторы по мере накопления знаний изображали его схематически. Приведенные ца рис. 5.17.1 схемы заимствованы из работы Жербье и Беранже.(196!). Форхтготту (1949) принадлежат схемы, основанные на наблюдениях движущихся вихрей. 5.18. Отрыв потока от поверхности В теории волн до сих пор нет заметного прогресса в области изучения нестационарных волновых процессов.

Не видно даже путей к достижению заметных успехов в этой области, и причиной этого является отрыв потока (см. Скорер, 1955). Связанные с отрывом явления настолько сложны и разнообразны, что лучше всего их можно описать с помощью простых схем. 5.18.1. Острая кромка Рассмотрим случай, когда форма препятствия такова, что имеется острая кромка, которая и вызывает отрыв потока. Это Рис.

5!З.! Обтекание потоком крутого наветренного склона, Отрыв потока на веркней кромке в точне 3 с последующим присоединением в тачке А Там, где на наветренной стороне поток расширяется, в результате отрыва может образо- ваться поперечный внкрь. может происходить при обтекании стены, а также за кромкой резкого изменения рельефа (рис. 5.18.1 — 5.18.3) . Такое же явление может иметь место и на улице, застроенной высокими домами (рис.

5.18.4), ГЛАВА б С'Ъ С:- ') С: Ь С .'-.~ б- ". Рис 5.!82 Отрыв потока на подветренном склоне ложбины Вихрь заполняет долину и не оказывает влияния на течение в верлних спаял. Рнс. 8.18.3. Обтеквнне острой кромка подветренного оклона. При таком обтекании может образоваться небольшой вихрь Широкая долина в ценам может создавать направленное ванз течение, при катаром абазха над ней рзссенваютса.

5.18.2. Угловые вихри Это вихри, образующиеся в пограничном слое у подножия крутого обрыва или здания (рис. 5,!8.1 и 5.!8.4). Иногда их Рис 5 18.4 Образование вихрей на плотно застроснной улике. На улице югут образовываться стапиаиар ные вихри, н точ числе угловые вихри, нннциируеные асновныч вихреч.

Внещний поток обьюио нестацианарен и содержит вихри, сбегающие с препятствий, расположенных вверх па потоку Он может также нчеть составляющую скороСти, направлен. ную вдааь улицы, которая влияет на характер зон отрыва. Так «ак архитектурные ФоРмы разнообразны, та зта схема пока. зывает характер течения лищь в первом приближении. ВОЛНЫ В СТРАТИФИЦИРОВАННОИ ЖИДКОСТИ называют поперечными вихрями. Можно показать, что их появление связано с профилем скоростей пограничного слоя и что отрыв в этом случае подобен отрыву в пограничном слое на клине, когда перед его вершиной расположена твердая поверх- Рис.

5Д8.5. Обтекание острого клина. Рис. 5.18.6. Обтекание острого нлина с продольной пластиной перед верши- ной. ность. При этом вихри индуцируются у вершины клина (рис. 5.18.5 и 5.18.6). 5.18.3. Вихри на подветренной стороне препятствия При отрыве потока на подветренной стороне препятствия, когда основное течение расширяется и направлено в сторону повышения давления, положение линии тока, проходящей по границе зоны отрыва, обычно нестационарно (рис. 5.18.2, 5 18.3), так как именно здесь завихренность максимальна.

Иногда образующиеся вихри бывают стационарными, особенно если имеется ярко выраженная острая кромка, фиксирующая Отрыв, однако внешняя граница зоны совершает колебательные движения. В других случаях вихри сбегают периодически. Некоторые части берега имеют острую кромку (рис. 5.18.7,а), у которой всегда вращается фиксированный вихрь, тогда как у других, достаточно скругленных частей берега (рис. 5.18.7, б и 5.18,7, а) вихри иногда образуются, а иногда нет.

Вихри могут оказывать существенное влияние на подветренные волны, так как положение точки присоединения может определяться из условия минимума энергии волн. С другой стороны, часто наблюдается периодическое появление и исчезновение волнистых облаков, а на подветренной стороне холмов — попеременное усиление и ослабление ветра. Причиной может быть периодическое сбегание вихрей с холма, и в этом случае облако, образующееся над первой подветренной ГЛАВА 5 Рнс.

5.1В.Т. Воздушные течения у побережья. а). Сложнан ситуация, когда в верхней части склона, пораженного к солнцу, может образоваться зона отрыла, обусловленная наличием острой кромки илн анабатйчеокого ветра, или тога н другого вместе Анабатический ветер создает терчики, которые поднимаются друг за другом и иногда приводят к образованию кучевых облаков, Вихрь «райне нестацнонарен, и в точке присопчинюзия ветер может быть порывистым и создавать «кашачьи лапы» иа поверхвоспи мара нли на поле. покрытом травой нли «ультуриымн злаками, б).

Простой случай довольно плавного стекання воздуха н морю а), Простой случай образовани» прибрежного зикра Течение часта произвольно переходит ог случая (б) к случаю (е), о чем можно судить по показаниям индикаторов ветра нлн генераторов лыка, установленных на склоне ВОЛНЫ В СТРАТИФИЦИРОВАННОИ ЖИДКОСТИ Рис. ВЗ8.8. Периодический срыв вихрей с соответствующим изменением положения подветренных волн. Цифрами обозначены последовательные положекия сорвавшегося вихря Последователь.

ность показаннык событии повторяется и приводмт к тому, что облако, образующееся в падветреннык волнак, та смещается вперед па патоку, то оноснтся назад па мере роста подветренного внкря волной, медленно сносится ветром и исчезает, а вместо него появляется новое. Последовательность событий в этом случае показана на рис. 5.18.8. 5.18.4.

Завихрение Так называют явление, развивающееся на вершине обрыва, вверх по склону которого дует Ветер. Это особенно балгоприятное место для запуска планеров; приземляться планеристы предпочитают ниже по потоку от края обрыва. Для пилота ГЛАВА 6 не важно, происходит ли в этом месте просто расширение, трубок тока (рис.

5.18.9) с соответствующим падением скорости воздушного потока или из-за присутствия вихря направление Рис 5 18.9 Обтекание плато восходящим вдоль склона ветром. а — поток на ирочке плато расширяется, ио не отрывается, и может происходить образование воли, б — зона циркуляции с вихревыми срывамн, счещающимиси вниз по потоку вдоль линии тока, атранвчивающеа зону отрмва. скорости ветра меняется на противоположное — в обоих случаях он ощущает уменьшение скорости ветра при посадке. Отсюда и название, данное этому явлению,— «захват», отражающее быстрое увеличение скорости спуска (см.

Скорер, 1951 6). Вихри чаще образуются в спокойном воздухе, например над охлажденной поверхностью земли, и реже в солнечную погоду при значительной турбулентности воздуха в приземном слое ВОлны В стРАтифициРОВАннои жидкости Однако в любом случае это довольно нестационарное явление, и даже если вихрь более или менее постоянен, на его границе часто развивается неустойчивость в виде вихревых срывов.

Характеристики

Список файлов книги