Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (1950) (1123863), страница 105
Текст из файла (страница 105)
При возрастании рейнольдсова числа точка перехода, отметим ее буквой Т, перемещается навстречу потоку и приближается к поверхности шара. Как только точка Т достигнет точки 5 ламинарного отрыва слоя„ внешний поток, благодаря возникновению вблизи точки отрыва турбулентного перемешивания, увлечет за собою пограничный слой, обтекание улучшится, и точка отрыва сместится вниз по потоку. Теперь уже точка отрыва 5 будет соответствовать отрыву турбулентного слоя, так как точка перехода Т будет находиться выше по потоку, чем точка отрыва.
Судя по характеру кривых рис. 183, можно думать, что в точке перехода Т происходит местный, не получающий дальнейшего развития отрыв ламинарного слоя, сопровождающийся обратным прилипанием пограничного слоя к поверхности шара с последующим развитым отрывом уже турбулентного пограничного слоя.
Указанный местный отрыв ламинарного слоя служит источником возмущений (вихреобразований), заполняющих поток за точкой Т. Приведенное объяснение явления „кризиса обтекания", основанное на представлении о переходе пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное, прекрасно подтверждается применением искусствен- 8 921 „точкл' г1егеходл и „кгизис оьтеклния" 593 ной турбулизации слоя при помощи различных специально вводимых в слой источников возмущений 1проволочное колечко на поверхности шара, перегородочка, выступы шероховатости и др.) в условиях потока с рейнольдсовыми числами, значительно меньшими критических 1схч Этим специально пользуются, когда, не имея возможности достигнуть больших значений чисел Рейнольдса, хотят все же получить картину обтекания, близкую к той, которая имеет место при больших числах Рейнольдса. Для этого в пограничный слой помещают различные очень ма- с и=0,7 ленькие по своим размерам 060 — — л— турбулизаторы.
Явление „кризиса обтекания" сильно зависит от 007сииаемости газа при больших скоростях его движе- 860 ния. Как уже было указано в самом конце предыдущей главы, возрастание докритических чисел М набегающего и=03 0,4 05 06 007 потока вызывает ухудшение 070 обтекания тела, поэтому можно ожидать, что для улучшения обтекания шара, Д'07 происходящего при кризисе обтекания, потребуются тем Рис.
185. большие рейнольдсовы числа, чем больше число М. Наблюдения Ферри над обтеканием шара при разных М, результаты которых приведены на рис. 188, блестяще подтверждают это предположение. С возрастанием числа М от 0,3 до 0„67 принятое ранее условное значение Кь возрастает от 400000 примерно до 740000, Этот факт служит вместе с тем косвенным подтверждением высказанного ранее предположения об ухудшении обтекаемости тел при появлении влияния сжимаемости. В заключение отметим, что явление кризиса обтекания играет существенную роль в лабораторных определениях максимального значения коэффициента подъемной силы крыла с„.
При критических углах атаки обтекание носика крыла похоже йа обтекание круглого цилиндра. При малых рейнольдсовых числах с носика легко срывается ламинарный слой, что приводит к резкому пздению с и необходимости уменьшения критических углов атаки, а следовательно, и уменьшения с„„. С ростом рейнольдсова числа и достижением тех его значений, при которых возникает кризис обтекания, начинается отмеченное выше улучшение обтекания носика и появляется возможность повышать критические углы атаки и вместе с тем с„„. 38 з м 1зп. л.
г. л ъ е. 1гл. 1Х 'гуявулвнтноз Лвижепик Приводим для иллюстрации 1рис. 186) кривую роста с„с числом К для крылового профиля с относител,ной толщиной 12,7е1а. Отсюда вытекает, что опыты, производимые в малых аэродинамических 0,7 Об 5!О' 3 1Пэ О.!О' У 10э 000' Рис. 186. трубах при сравнительно небольших рейнольдсовых числах, не позволяют судить о подлинных возможностях крыловых профилей с точки зрения их максимальной подъемной силы.' $93. Основные уравнения осредненного турбулентного движения.
Тензор турбулентных напряжений На рис. 187 показаны осциллограымы колебаний скорости в различных точках потока перед продольно обтекаемой пластинкой и внутри пограничного слои на ней. Электрический измеритель скорости был неподвижен, а ноток набегал на него со среднеИ скоростью 15 лг1сек.
Верхняя осциллограмма показывает чрезвычайно малые по амплитуде пульсации скорости во внешнем потоке, не превышающие 0,5ауо от скоРости набегающего потока, пРичем частота их, сУда по шкале времени, велика. Эта осциллограмма 1 дает общее представление об установившемся турбулентном воздушном потоке в аэродинамической трубе. Если бы изчерительный прибор не был так точен, пульсации скорости остались бы незамеченными, и поток в трубе мог быть назван стационарным. Следующая осциллограмма 2 относится т Вопросы влияния рейнольагова пыла и турбулентности потока иа максимальную подъемную силу крыла подробно рассмотрены а нашей монографии .Аэродинамика пограничного слоя", Гостехиэдат, 1941, стр. 260 †2.
Там же можно найти н результаты пекотерыа опытов по искусствевиой турбулиэации потока. $ 93) основнык тклвняния осввднвнного движения к точке пограничного слоя, находящейся на расстоянии 20 ем от передней кромки пластинки. На самой кромке образуются возмущения (типа завихрений); они интенсивны, но, перемещаясь вдоль погранично~о слоя, который в этой области устойчив и ламинарен, быстро загухают; эти пульсации, имеющие сравнительно небольшую частоту и довольно регулярный характер, напоминают малые колебания потока около устойчивого движения. Такое представление хорошо подтверждается следующей осциллограммой 3, зарегистрированной прибором, находящимся в пограничном слое на расстоянии 30 см от носика пластинки.
Возмущения от носика затухли, только изредка приходят отдельные, очень значительные по интенсивности возмущения, не нарушающие, ~-ВМ Ф» ~~~/ ~ я~с~ ' "д ъ~ 5- 5% )-1ОЪ О 1 — а 2 )'О" ', О * М.В:., '~ .-~ " /'М = —— )4 ~й)МЬ Р~00йй й~ ~В~ФИФ" В)йЛ,,„', 15 мссее масштаб Времеви Рис. 187, с .Аэродинамика' (под редакцией Дюрэнда), т. Ч1, Оборонгяз, 1941. однако„общего ламинзрного характера пограничного слоя. Природа этих возмущений связана, повидимому, с началом потери устойчивости, так как осциллограмма 4 в точке на 60 см от носика уже носит явно переходный характер, Наконец, на расстоянии от носика пластинки, превышающем 100 слс, наблюдается (осциллограмма б) типичная турбулентная картина пульсаций большой частоты и довольно значительной интенсивности (3 — 4О „).
Приведенные. осциллограммы' еще раз подтверждают изложенные в предыдущем параграфе общие представления о явлении перехода ламинарного слоя в турбулентный. Вместе с тем они имеют для нас и самостоятельное значение. Из этих осциллограмм непосредственно видно, что, описывая турбулентное движение приемом Эйлера, т. е. (гл. <х 596 тугвулвнтнов движвннв регистрируя во времени скорости потока в данной точке пространства, ион<но положитьс и = и+ и', о = о+ о', те = те+ те', (2) где и, о, те — действительные мгновенные скорости потока в данной точке, и, о, те — осредненные во времени скорости, а и', о', т'— отклонения действительных скоростей от осредненных, которые будем называть пульсационными скоростями или, короче, пульсациями.
Будем в дальнейшем предполагать, что в развитом турбулентном движении пульсации очень малы по сравнению со средними скоростями потока и что величины осредненных скоростей мало зависят от способа осреднения. Условимся обозначать черточкой, поставленной над величиной, среднее ее значение, определенное, как обычное интегральное среднее е+- т е (3) за промежуток времени Т, называемый периодом осреднения.
Будем предполагать, что для каждого рассматриваемого турбулентного движения существует такой, достаточно большой по сравнению с периодом пульсаций, но малый по сравнению с характерным для осредненного движения интервалом времени (периодом колебательного процесса, временем прохождения телом своей длины или др.), не зависящий от времени период осреднения Т, что приведенное сглаживание во времени (3) приводит к осредненной величине, при повторном сглаживании уже не изменяющейся.
Это значит, что (4) Если в результате осреднения (3), проведенного е данной' точке е разные моменты времени Г, будут <юлучаться одни и те же значения <ы то такое осредненное движение называется стационарным, а само турбулентное движение кеазистационарным. Предположение (4) эквивалентно утверждению о равенстве нулю средних значений пульсаций величины сь равных Р о =з — <е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
