Сдвиговый слой
Cтраница 4
На рис. 8 представлены профили касательного напряжения Рей-нольдса в разных сечениях канала за уступом. Эволюция профиля касательных напряжений происходит следующим образом: при х - - 0 3 / г максимум на профиле соответствует оторвавшемуся пограничному слою; затем, при х - 0 5 / i, возникает второй максимум в развивающемся сдвиговом слое, при х - 1 5 / г. начинает зарождаться максимум в пристеночной области, который постепенно, при х - 2 5 / 1, сливается с максимумом в сдвиговом слое. [46]
На рис. 8 представлены профили касательного напряжения Рей-нольдса в разных сечениях канала за уступом. Эволюция профиля касательных напряжений происходит следующим образом: при х - - 0 3 / г максимум на профиле соответствует оторвавшемуся пограничному слою; затем, при х - 0 5 / i, возникает второй максимум в развивающемся сдвиговом слое, при х - 1 5 / г. начинает зарождаться максимум в пристеночной области, который постепенно, при х - 2 5 / 1, сливается с максимумом в сдвиговом слое. [47]
Идеализированное сдвиговое течение, в котором течения по разные стороны от слоя сдвига направлены навстречу друг другу и скорости вне слоя равны, практически не встречается. Если же на все поле наложить течение со скоростью и щ, то получим более реалистичное однонаправленное течение со скоростями и UQ и и - щ вдали от слоя сдвига. Ближайшим реальным прототипом сдвигового слоя является слой смешения - течение, развивающееся за кромкой пластины, обтекаемой параллельным ей потоком газа или жидкости с различной скоростью по разные стороны от пластины. [48]
Дальнейший сценарий течения зависит от первоначального состояния ( ламинарного или турбулентного) пограничного слоя. В зоне присоединения происходит раздвоение потока. Часть потока жидкости из сдвигового слоя под действием положительного градиента давления перетекает в область рециркуляционного течения и компенсирует захват жидкости из рециркуляционной зоны через нижнюю границу слоя смешения. Восстановление течения за присоединением очевидно будет происходить под воздействием повышенного уровня турбулентности и существенно деформированного поля средней скорости, особенно в случае полного погружения препятствия в набегающий турбулентный пограничный слой. Опытами установлено, что релаксация носит колебательный [ Logan E. [49]
 |
Распределение пульсаций скорости в полосе 4 Гц основной. [50] |
При перемещении вдоль высоты цилиндров, в сторону их свободных концов, характер воздействия акустического поля на течение качественно не меняется, но прослеживается тенденция к ослаблению этого влияния ( рис. 4.19), что, по-видимому, обусловлено нарушением двумерности течения. Вследствие наличия у цилиндров плоского торца происходит растекание жидкости в направлении всех трех координатных осей. Идущие при этом возмущения, вероятно, проникают в сдвиговые слои и действуют на некоторые их неустойчивые моды, заранее возбужденные акустической волной. [51]
Основную роль в вихревых течениях [14] играют трехмерные вихревые структуры винтовой формы. Эти структуры детально изучены С.В. Лукачевым, который использовал датчики пульсаций давления. Как показали эксперименты, вихревые жгуты являются следствием неустойчивости сдвигового слоя. [52]
 |
Изолинии функции тока в горизонтальном сечении г const для винтовой вихревой нити в цилиндрической трубе ( А и в безграничном пространстве ( Б. а - h 1, а 0 5. б - h 8. [53] |
На этом же рисунке продемонстрировано влияние шага вихря на структуру потока. В случае плотного вихря ( рис. 2.15, / г 1) приосевой поток фактически отделен от пристенного. Сама же винтовая вихревая нить и ее ближайшая окрестность играют роль цилиндрического сдвигового слоя. С увеличением шага ( h 2) вихрь становится менее плотным и часть жидкости при винтовом движении протекает с периферии в центральную часть и, наоборот, происходит отток из центра на периферию. Чем больше шаг вихря, тем больший объем жидкости омывает обе части потока - периферийную и приосевую. [54]
Таким образом, результаты проведенных комплексных исследований показали, что зона присоединения оторвавшегося потока зависит от глубины погружения препятствия в набегающий турбулентный пограничный слой. По мере погружения квадратного препятствия в пограничный слой зона присоединения оторвавшегося потока уменьшается. Это можно объяснить также подсасывающим действием пограничного слоя на оторвавшиеся от верхней кромки препятствия сдвиговые слои. Чем ближе граница пограничного слоя к этим сдвиговым слоям, тем больше перепад давления, а значит и сила, способствующая более резкому искривлению линий тока в направлении к плоской поверхности. Из-за нестационарного характера присоединения потока затруднительно что-либо сказать о монотонности этой зависимости. [55]
Дальнейшее развитие сдвигового слоя связано с нарастанием субгармоник с большими длинами волн. Наиболее характерен сценарий, когда в течении возбуждается и быстро нарастает субгармоника с волновым числом & / 4, где k - волновое число, на котором развивается первичная неустойчивость в слое сдвига. В расчетах, где на течения накладывались возмущения с ненулевыми амплитудами А Л2 А4, показано, что после спаривания первичных структур рост толщины сдвигового слоя не прекращался, наблюдалось спаривание вторичных структур и образование вихревых структур следующего поколения. [56]
Такой потенциал приводит к полю скорости, имеющему особенность в точке z О. Физически образующийся на наветренной стороне пластины пограничный слой не может безотрывно обтекать острую кромку. Происходит отрыв пограничного слоя и формирование свободного сдвигового ( вихревого) слоя, распространяющегося во внешнем потенциальном потоке. При больших числах Рейнольдса образующийся сдвиговый слой имеет малую толщину и его можно моделировать вихревой пеленой. [57]
Таким образом, результаты проведенных комплексных исследований показали, что зона присоединения оторвавшегося потока зависит от глубины погружения препятствия в набегающий турбулентный пограничный слой. По мере погружения квадратного препятствия в пограничный слой зона присоединения оторвавшегося потока уменьшается. Это можно объяснить также подсасывающим действием пограничного слоя на оторвавшиеся от верхней кромки препятствия сдвиговые слои. Чем ближе граница пограничного слоя к этим сдвиговым слоям, тем больше перепад давления, а значит и сила, способствующая более резкому искривлению линий тока в направлении к плоской поверхности. Из-за нестационарного характера присоединения потока затруднительно что-либо сказать о монотонности этой зависимости. [58]
Если число кавитации / С становится меньше значения Кг, при котором каверны становятся видимыми, то кавитация возникает во множестве точек по всей поверхности сдвигового слоя на границе следа. По мере развития кавитации каверны, увеличиваясь в объеме, постепенно вытесняют часть жидкости из области следа. Эта последовательность событий показана на фиг. На первой фотографии показано развитие кавитации в сдвиговом слое по мере его удаления от сферы вниз по течению. На второй фотографии при меньшем / С показаны точки возникновения кавитации по всей поверхности сдвигового слоя. [59]
Второй обусловлен нестационарным вихревым образованием, в которое сворачивается струя запыленного газа, распространяющаяся в чистый газ за УВ. При этом расстояние от УВ до этого вихря увеличивается с течением времени. Тем самым такой механизм не может быть использован для сравнения со стационарными данными по времени задержки подъема пыли. И, наконец, третий возможный механизм подъема частиц вверх связан с неустойчивостью Кельвина-Гельм - гольца сдвигового слоя, развивающейся в стратифицированном слое под действием внутренних волн и внешних возмущений. [60]
Страницы: 1 2 3 4