Взаимодействие - пограничный слой
Cтраница 3
Систематическое применение современных асимптотических методов позволило рассмотреть широкий круг задач, которые не поддаются описанию в рамках классической теории пограничного слоя: теория отрыва и присоединения пограничного слоя, различные течения с сильным локальным или глобальным взаимодействием пограничного слоя с внешним сверхзвуковым потоком, включающие часто передачу возмущений вверх по потоку, обтекание двумерных или трехмерных малых препятствий, теория сверхкритических и транскритических режимов взаимодействия для двумерных и трехмерных течений и ряд классов других задач, что позволило детально изучить структуру течений, сформулировать новые приближенные законы подобия. [31]
Литература по асимптотическим методам, особенно относящаяся к случаю сверхзвукового и гиперзвукового внешнего потока, весьма обширна ( см. далее § 137); удовольствуемся пока указанием одной оригинальной статьи и одного обзора 2), где освещены вопросы взаимодействия пограничного слоя с внешним невязким потоком в условиях отсутствия влияния сжимаемости среды. [32]
Так как в ударных волнах изменения скорости и температуры в основном происходят в направлении нормали к волне ( а, значит, в большинстве случаев, в направлении, близком к направлению невозмущенного потока), а в пограничном слое основные изменения происходят поперек потока, то, очевидно, что в области взаимодействия пограничного слоя и ударных волн методы и результаты теории пограничного слоя неприменимы. Этот же вывод верен и в тех случаях, когда за сильными ударными волнами возникает область интенсивного завихрения. Таким образом, при течении сжимаемого газа с большими скоростями в ряде случаев, в отличие от течения несжимаемой жидкости, нельзя считать, что течения в пограничном слое и во внешнем потоке независимы и, пользуясь предположениями теории пограничного слоя, следует в конкретных задачах оценивать область возможного применения изложенной теории. В ряде задач течения в области пограничного слоя и во внешнем потоке должны рассматриваться совместно. [33]
Подобие течений в условиях взаимодействия пограничного слоя с внешним потоком сохранится только в том случае, если, помимо параметра К, будет фиксировано отношение толщины пограничного слоя к толщине тела. Как было впервые показано в работе В. В. Лунева ( 1959), это условие выполняется ( для совершенного газа) при сохранении ( постоянства параметров / CML / KReco и ео TW / T0, В первом из этих параметров Re - число Рейнольдса, подсчитанное по длине тела и условиям в невозмущенном потоке ( Re p U L / ц), С - константа пропорциональности в законе линейной зависимости коэффициента вязкости от температуры ( fi / fioo СТ / Тоо), второй параметр представляет собой отношение температуры поверхности тела к температуре торможения. Этот закон подобия был в дальнейшем обобщен на случай степенной зависимости вязкости от температуры, а также на случай реального гаэа с переменными теплоемкостями. [34]
Ниже будут рассмотрены результаты ( в основном отечественных исследований, проведенных в указанных областях в течение последних 10 - 15 лет. Первые основополагающие работы по вопросам взаимодействия пограничного слоя с невязким гиперзвуковым потоком были связаны с анализом плоских и осесимметричных течений около тонких заостренных тел. В этом случае удается достаточно просто выделить параметры, управляющие течением, и установить соответствующие законы подобия. [35]
Уменьшение числа Рейнольдса полета с подъемом тела в верхние разреженные слои атмосферы вместе с увеличением числа Маха со скоростью полета приводит к значительному возрастанию толщины пограничного слоя. В этих условиях возникает проблема изучения взаимодействия пограничного слоя с внешним невязким гиперзвуковым потоком, что приводит необходимости использования более точных, чем известные прандтлевские, уравнений пограничного слоя, а иногда даже и общих уравнений Навье - Стокса ( В. С. Галкин, Г. А. Кулонен, В. В. Лунев, В. [36]
При обтекании тел сверхзвуковым потоком и больших значениях числа Re отрыв часто происходит с гладкого участка контура тела, на котором, согласно теории безотрывного обтекания невязким газом, градиент давления равен нулю или даже отрицателен. Следовательно, в реальном течении перед точкой отрыва должно возникать такое взаимодействие пограничного слоя со сверхзвуковым потоком, которое индуцирует большие положительные градиенты давления. Чепмен дал качественное объяснение механизма взаимодействия и назвал течение перед точкой отрыва течением со свободным взаимодействием. [37]
Большой научный и практический интерес имеют исследования срыв-ных зон, образующихся за линиями ( точками - в плоском потоке) отрыва пограничного слоя. В некоторых случаях, в зависимости от формы поверхности тела и характера взаимодействия пограничного слоя с внешним потоком, оторвавшийся слой может примкнуть обратно к поверхности тела, образуя замкнутую отрывную зону, в других - сорваться окончательно с поверхности тела, создав за кормой тела область следа. Условия образования той или другой из указанных форм движения, а также структуры попятных вторичных течений в них до сих пор еще не изучены и составляют предмет новых изысканий. [38]
Трудно судить об условиях сходимости такого процесса и его практической применимости, хотя случаи успешного его использования для расчетов сопротивления в авиационной и судостроительной технике известны. В следующей главе ( § 137) будут указаны пути решения этой проблемы взаимодействия пограничного слоя с внешним невязким потоком в случае гиперзвукового обтекания тел. [39]
 |
Зависимость от угла атаки относительных потерь полного давления в густых решетках пластин с различными углами установки при MI 1 5. [40] |
Так, например, если в результате взаимодействия пограничного слоя на пластине и падающей на нее ударной волны ( при критическом отношении давления в ней) возникает Л - образ-ный скачок, сопровождаемый отрывом пограничного слоя ( рис. 10.66), то, кроме потерь в системе ударных волн, возникают принципиально новые потери, связанные с наличием оторвавшегося потока. Если густота решетки пластин столь велика, что оторвавшийся поток внутри межлопаточного канала полностью выравнивается, то суммарная величина потерь остается такой же, как и для рассмотренного выше случая, когда влияние взаимодействия пограничного слоя и скачка не учитывалось; произойдет только перераспределение потерь между зоной ударных волн и областью выравнивания потока. [41]
 |
Схема строения турбулентного пограничного слоя.| Зависимость cq ( 7 - 26 от числа Прандтля. [42] |
Внешняя граница турбулентного пограничного слоя непрерывно пульсирует. Это связано с периодическим проникновением масс жидкости внешнего потока, где степень турбулентности может быть невысока, во внешнюю область пограничного слоя. Такое взаимодействие пограничного слоя с внешним потоком приводит к образованию области перемежаемого течения. [43]
Взаимодействие пограничного слоя с внешним потоком существенным образом зависит от числа Маха. Толщина пограничного слоя пропорциональна некоторой степени числа Маха, зависящей от законов изменения вязкости от температуры. Характер взаимодействия пограничного слоя с внешним потоком зависит от формы тела. Для тупых тел в рамках применимости уравнений пограничного слоя при любых числах Маха имеет место только слабое взаимодействие. На тонких телах, если при фиксированном числе Рсйпольдса увеличивать число Маха, взаимодействие становится сильным, носит существенно нелинейный характер, и раздельное рассмотрение различных эффектов второго порядка невозможно. [44]
Полученный нами вывод о том, что при обтекании пластины скольжение с точностью до &2 не оказывает влияния на напряжение трения, верен только для плоской пластины при малых сверхзвуковых скоростях. В настоящее время рассмотрены задачи об обтекании плоской пластины потоком слабо разреженного газа при больших сверхзвуковых скоростях. В этом случае следует учитывать взаимодействие пограничного слоя со скачком уплотнения, возникающим на передней кромке пластины; поэтому скольжение и температурный скачок оказывают заметное влияние на характеристики обтекания. [45]
Страницы: 1 2 3 4