Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (2003) (1123865), страница 140
Текст из файла (страница 140)
222 Рнс. 223 1) Тап) 1. меч!етч о1 восле' ехрегппеп1а! геенна оп Ьонпбагу-1ауег !гапвщоп.— Раув. о1 Р!Гпбв, раг! П, 1967, ч. ! О, № 9, р. 11 — 16. 9) Цнтнруем по только что упомянутому обзорному докладу И. Тани. Экспериментальные исследования структуры пограничного слоя, выполненные на базе современных методов измерения, показали большую сложность механизма перехода ламинарного режима течения в турбулентный. Отсылая интересующихся к подробному докладу И.
Тапа'), отметим лишь некоторые, наиболее своеобразные особенности рассматриваемого явления. Прежде всего обращает на себя внимание неустойчивость плоской формы возмущений. Если при помощи специального устройства, наприкер колеблющейся нити, натянутой вдоль размаха пластины, вызывать плоские, одинаковые по размаху возмущения, то они очень быстро теряют свой плоский характер и приобретают волновое строение с периодивсски чередующимися вдоль размаха вершинами и провалами в распределениях продольной (по потоку) и поперечной (по размаху) осредненпых скоростей и средней интенсивности пульсаций продольной скорости. Вершинам в этих распределениях соответствует сосредоточенность взвихренности потока.
Скоростная киносъемка отчетливо показывает возникновение вихревых петель типа П-образных вихрей с распространяющимися вдоль потока вихревыми «жгутами». Этн «Свободные», совпадающие по направлению с линиями тока вихри индуцируют скорости з плоскостях, нормальных к направлению потока, что способствует переплетению этих вихревых жгутов и еще большему усложнению структуры потока. Общая неустойчивость потока в области перехода приводит к росту амплитуды продольных пульсаций потока н тем самым к росту местной интенсивности турбулентности е. При этом, как можно судить по опытным кривым Клебанова, Тидстрема и Саржента'), приведенным на Рпс. 223, интенсивность В резко возрастает с удалением от источника возмущения (на рисунке значения $ расстояния от источника возмущеппй в сантиметрах нанесены в виде отметок на кривых).
Максимум В с удалением Ог источника возмущений смещается от стенки, достигая при $=20,3 см положения, соответствующего двум 669 ГЛ. ХН!. ТУРБУЛЕНТНЫЕ ДВИЖЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ пятым толщины пограничного слоя. Эти кривые относятся к вершинам поперечного к направлению потока волнообразного распределения возмущений.
В долинах (провалах) этого распределения наблюдаются возмущения очень малой интенсивности, низкие частоты которых заставля. ют предполагать, что в этих областях долго сохраняются ламинарные режимы. Таким образом, в пограничном слое, так же как н в течениях в тру. бах, турбулентность возникает в ограниченных областях, сосуществующих с областями ламинарного течения.
Эти турбулентные «облачкя» или «пятна», аналогичные турбулентным пробкам в потоках в трубах, распространяются по течению в пограничном слое и образуют в пере. ходной области явление перемежаемостн ламннарных и турбулентных режимов течения. Наряду с этой очень характерной для переходной области переме. жаемостью, являющейся следствием образования внутри пограничного слоя замкнутых турбулентных областей — только что упомянутых «об. лачков» или «пятен»,— вблизи внешней границы пограничного слоя на. блюдается еще другого типа перемежаемость, обусловленная взаимныи проникновением сквозь границу пограничного слоя жидких объемов нз сравнительно слабо возмущенного внешнего потока в заполненную воз.
мущениями ббльшей амплитуды область пограничного слоя. Следует заметить, что, вообще, о внешней границе турбулентного слоя, так же как и о границе между вязким поделаем н турбулентныи ядром, можно говорить только как о некоторых, малых по поперечной толщине зонах, заполненных то ламинарными, то турбулентными по своей внутренней структуре «протуберанцами», пронизывающими по. граничный слой со стороны внешнего потока и вязкого подслоя и прядающими всему потоку перемежающийся харантер.
Во внешней зояе— так называемом «надслое» вЂ” происходит резкое изменение степени тур. булентности потока от значительной по сравнению с внешним потокои величины до малой степени турбулентности во внешнем потоке. Несмотря на столь сложный механизм внутренних движений, область пограничного слоя, если рассматривать ее в сравнительно грубом, осредненном виде, соответствующем данным таких общеупотребительных измерительных приборов, как мнкротрубки полного напора, соединенные со стандартными микроманометрами, оказывается достаточно простой. Так, пользуясь экспериментальными профилями скоростей в сечениях переходной области пограничного слоя, Ж.
Перш') вычислил ус. ловные толщины б* и б**, а также их отношение Н. Ему удалось пока. зать, что независимо от продольного перепада давления в пограничнон слое (и даже при переменных числах Маха) величина Н непрерывно падает от своего ламинарного значения (примерно 2,6) до турбулентного (1,3-1,4). На основании обработки большого числа экспериментальных данных он установил закон изменения безразмерной скорости в сходственных точках сечений переходного слоя в зависимости от паде. ния параметра Н и показал, что профили скоростей в сечениях пограничного слоя в области перехода образуют однопараметрическое семей.
ство с параметром Н. Явления в переходной области пограничного слоя на продольно об. текаемой пластине были рассмотрены С, Дхаваном и Р. Нарасимхой') ') Р ег »Ь 3. ТЬе Ьеьачюпт о! Ше Ьоппоагу 1ауег!п Ше ген!оп о1 1гапащоп 1!оп! !апипаг 1о 1итЬо!еп1 Поаг.— Зоптп. Аегоп. 5с!., 1955, ч. 22, № 6, р. 443, 444. ») )ЗЬ а »чаи 5., Ы а газ! п! Ь а й. 5отпе ргорегпеа о1 Ьоипйагу !ауег По»ч йот!ие Пье 1гапап!оп !гоги !атп)па! 1о 1пгЬВ!еп1 пзоноп.— Зопсп. Р!ВЫ МесЬ., 1958, ч. 3, № 4, р. 418 — 436.
601 5 !!Ц ПЕРЕХОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ! количественной постановке с точки зрения схемы «перемежаемости» юзннкновення в пограничном слое турбулентных «пятеи». Коэффициент ееремежаемосги у, определение которого уже приводилось в предыдупеы параграфе, был найден экспериментально при помощи обработки Рцнллограмм пульсаций скорости, замереиных малоинерционным тепювым анемометром. Аналитическим выражением изменения у в функцнн от продольной координаты х может служить следующая экспоненцнальная функция: (1) у =! — ехр ( — Ай!) где А=сонэ(=0,412, а 6=(х — х,)/Л вЂ” безразмерная разность между продольными координатами: х — внутри переходной области, х, — нача- ла переходной области, Л вЂ” условная длина области перехода, опреде- ляемая по кривой у(х) в виде Л=хт=«н хт=«!» (2) Для средней во времени скорости й, получаемой в результате обработки есцнллограмм, соотношение это еще проще и сводится к линейному й= (1 — у) ил+унт.
(3) Формула (2) может служить для приближенного определения коэф(!Ецнента перемежаемости у по показаниям трубки полного напора. Для отношения условных толщин пограничного слоя Н=б«/б*» было установлено соотношение Н= Н,+ (Н,— Н„) е-"". (4) Изложенная только что эмпирическая теория движения жидкости в переходной области пограничного слоя — с такого рода теориями нам придется в дальнейшем еще неоднократно встречаться — позволяет с до!таточной для практики точностью описывать количественно не только иннематнческую (профили скоростей, отношение толщин слоя), но и цинаыическую (местный и полный коэффициент трения) стороны явлений.
Однако при этом остается неизвестной основная величина — абсцисса х, начала переходной области, входящая в определение переменной $. При очень л!алой интенсивности турбулентности е внешнего потока нежно считать, что начало области перехода совпадает с точкой потери «сгойчивости ламинарного движения в пограничном слое, расчет положения которой по графику Йе, (1„») был уже разъяснен ранее.
Явление перехода ламинарного движения в турбулентное родственно с обратным ему возвратом (реверсом) турбулентного движения в лвмннарное, наблюдаемым в конфузорных участках (др/ах(0) пограничных слоев. Такого рода «реламинаризация» пограничного слоя может быть определена на основании существующих модельных схем турбулентного движения при сравнительно малых значениях рейнольдсова числа. Установленные локальные критерии реламинаризации, выражаецые «критическими» числовыми значениями определяющих движение Э!а длина, входящая в основное соотношение (1), является характер!вы линейным масштабол! области перехода. Сравнение профилей осредненных скоростей в переходной области ен определенных экспериментально при помощи трубки полного напо1а, с теоретическими ламинарными иь и турбулентными иг, показывает, что имеется простая связь ир =(1 — у) йс+ уиг.
662 гл. хнг. твннчлннтные движения ннсжимлвмон нязкоп жидкости параметров '). Таковы К.,= — ' — "=37 10- ), !)а Лл где У(х) и р(х) — распределения вдоль пограничного слоя скорости иа его внешней границе и давления в сечениях пограничного слоя; о.= =~ч~ /р — «дннамнческаян скорость, о которой будет речь в дальнейшем, Обратимся к рассмотрению ду некоторых эффектов, связанных с сл явлением перехода. Если проаиа. 44 лизировать кривые (рис. 224) за. У внснмости коэффициента сопротивления с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
