Отрыв - турбулентный пограничный слой
Cтраница 3
Изложенный в предыдущем параграфе простой эмпирический прием, оказавшийся пригодным для расчета сопротивления трения в турбулентном пограничном слое на пластине с характерными для нее гладкими профилями скоростей в сечениях слоя, станет недостаточным при появлении нового фактора - обратного перепада давления. При одном взгляде на семейство кривых, показанное на рис. 260, можно сразу заметить характерное для диффузорного участка пограничного слоя возникновение деформации профилей скорости, все более и более ярко выраженной при приближении к точке отрыва. Отрыв турбулентного пограничного слоя располагается гораздо ниже по потоку от начала диффузорной области - точки минимума давления - чем отрыв ламинарного пограничного слоя. Физически это объясняется тем, что турбулентное трение между отдельными жидкими слоями внутри пограничного слоя значительно интенсивнее, чем трение в ламинарном пограничном слое; при прочих равных условиях это усиливает увлечение внешним потоком пристеночной жидкости и приводит к затягиванию отрыва. Аналогичным объяснением служит большая заполненность турбулентных профилей скорости по сравнению с урезанными ламинарными профилями, что имеет следствием перераспределение кинетической энергии в сторону ее увеличения в пристеночных слоях и является причиной затягивания отрыва. Ламинарный пограничный слой, как правило, отрывается в небольшом по сравнению с турбулентным слоем удалении от точки минимума давления. Большая продольная протяженность диффузорной области турбулентного пограничного слоя и сравнительно с ламинарным слоем значительное удаление точки отрыва от точки минимума давления служит одной из причин трудности теоретического предсказания расположения точки отрыва на поверхности тела. [31]
После отрыва ламинарного пограничного слоя теплоотдача возрастает в связи с интенсивным вихреобразова-нием. Для течения с Re105 картина более сложная ( см. рис. 15.4 6): вначале изменение а. При отрыве турбулентного пограничного слоя ( ф фот) падение av из-за увеличения толщины турбулентного пограничного слоя в области фп Ф фот сменяется резким возрастанием а. [32]
Это обратное влияние заметно искажает общую картину обтекания тела и не позволяет задавать наперед внешнее распределение давления. Только задачи слабого взаимодействия, соответствующего безотрывному течению, поддаются расчету; что же касается сильного, сопровождающегося отрывом взаимодействия, то оно до сих пор представляет непосильную задачу. Особенно сложны нестационарные явления попеременного отрыва турбулентного пограничного слоя то с одной, то с другой стороны плохообтекаемого тела ( автоколебания фабричных труб, перископов подводных лодок и др.) или со стенок плоского диффузора. [33]
Количество параметров, учитывающих влияние формы кривой распределения скорости на внешней границе слоя - мы их называем формпарамет-рами - в случае турбулентного пограничного слоя должно быть значительно большим, чем в ламинарном слое, так как в силу турбулентного затягивания отрыва диффузорный участок с тормозящим поток обратным перепадом давлений имеет в турбулентном пограничном слое большую протяженность, чем в ламинарном. Это же обстоятельство сильно снижает доверие к результатам расчетов в области отрыва пограничного слоя. Более того, само понятие отрыва турбулентного пограничного слоя содержит много спорного. [34]
Для определения амплитудных значений коэффициента поперечной силы, действующей на цилиндр в результате периодического срыва вихрей, были рассчитаны среднеквадратичные значения разностей давлений в пиках и впадинах пульсаций давления, замеренных в данной точке за одну секунду. При этом на закризисных режимах для расчета амплитуды поперечной силы были взяты только точки, расположенные до отрыва турбулентного слоя, так как за отрывом, как это было указано выше, невозможно выделить колебания одной основной частоты. Давления в точках, расположенных за отрывом турбулентного пограничного слоя, не могут существенно повлиять на величину амплитуды поперечной силы, поскольку проекция отрывной части поверхности цилиндра на плоскость, параллельную скорости набегающего потока, невелика. [35]
Условием отрыва, как было сказано, является равенство нулю касательного напряжения на стенке. Отсюда следует, что для предсказания отрыва должна быть установлена достаточно точная связь между формой эпюры скоростей, продольным градиентом давления и касательным напряжением на стенке. Известно много критериев, служащих для определения точки отрыва турбулентного пограничного слоя. [36]
В тридцатых годах Л. Г. Лойцянский предложил выбирать закон изменения проходных сечений диффузора из условия, что во всех его сечениях пограничный слой находится в предотрывном состоянии. Позднее аналогичное по существу предложение было сформулировано К. К. Федяевским, который исходил из полученного им приближенного критерия отрыва турбулентного пограничного слоя. [37]
 |
Величина отхода косого скачка в зависимости от интенсивности падающего скачка при турбулентном пограничном слое. [38] |
Величина критического перепада для турбулентного пограничного слоя при Мо 1 2 больше отношения давления в прямом скачке уплотнения ( рис. 6.35) и отрыв не может возникнуть. На рис. 6.35 приведены также значения отношения давления в косых скачках уплотнения с углами наклона а э 60 и 30 относительно скорости набегающего потока, подсчитанные по формуле ( 45) гл. Эти значения при Мо1 4 ( а 60) и М03 ( а 30) оказываются меньше критического отношения давления, и отрыв турбулентного пограничного слоя не возникает. [39]
 |
Число Струхаля и коэффициент сопротивления для круглого цилиндра в зависимости от числа Рейнольдса [ Л. 8 ]. [40] |
Коэффициент лобового сопротивления имеет в этом диапазоне по существу постоянное значение CD12. Резкое падение коэффициента сопротивления ( кризис сопротивления) в окрестности Re5 - 105 происходит тогда, когда пограничный слой в передней части цилиндра становится турбулентным. Вследствие увеличения кинетической энергии и импульса вблизи стенки в турбулентном пограничном слое по сравнению с ламинарным и вытекающей из этого способности турбулентного пограничного слоя сохранять безотрывное движение вдоль стенки даже в области возрастающего давления отрыв турбулентного пограничного слоя затягивается. График распределения давления при Re6 7 - 105 на рис. 15 - 1 показывает, что по сравнению со случаем ламинарного пограничного слоя теперь имеет место более близкое согласие с распределением давления в потенциальном потоке. Полное лобовое сопротивление снижается, так как отрицательное давление в зоне следа становится меньше. [41]
 |
Изменение теплоотдачи по окруж. [42] |
На кривой 2 имеется два минимума. Первый минимум соответствует переходу ламинарного течения в слое в турбулентное. Коэффициент теплоотдачи при этом резко возрастает: при больших значениях Re он может увеличиться в 2 - 3 раза. Второй минимум соответствует месту отрыва турбулентного пограничного слоя. [43]
На кривой 2 имеется два минимума. Первый соответствует переходу ламинарного течения в слое в турбулентное. Коэффициент теплоотдачи при этом резко возрастает: при больших значениях числа Рейнольдса он может увеличиться в 2 - 3 раза. Второй минимум соответствует месту отрыва турбулентного пограничного слоя. [45]
Страницы: 1 2 3 4