Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
поток к цилиндру перед переходом был несколько больше расчетного для
присоединенного пограничного слоя на конусе с углом, равным углу наклона
поверхности области отрыва. Ниже точки перехода тепловой поток к цилиндру
был существенно меньше расчетного для турбулентного присоединенного
пограничного слоя на конусе с углом, равным углу наклона поверхности
области отрыва.
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
145
Из сравнения фиг. 47 и 48 видно, что при чисто ламинарном отрыве
тепловой поток в области присоединения сравнительно невелик, в то время
как при отрыве в переходном режиме тепловой поток в области присоединения
весьма велик.
о,в
0,5
0,4
1
ЦР
Ч
WQ3
~'0,4 0,6 Цв 1,0 1?
Фиг. 50. Влияние охлаждения стенки на геометрию области отрыва; угол
конического расширения поверхности 24° [63].
Re/м: О 17,7-10*; ? 15 10"; О
8,5-10".
Влияние единичного числа Рейнольдса, угла конического расширения и
охлаждения стенки на длину области отрыва показано на фиг. 49 и 50. Из
фиг. 49 ясно, что с ростом числа Рейнольдса и уменьшением угла расширения
длина области отрыва уменьшается. Аналогично предыдущим случаям
нагревание поверхности приводит к увеличению I, а охлаждение - к
уменьшению
I (фиг. 50).
Индекс S на фиг. 50 означает точку отрыва.
4.2.2. Теплопередача в отрывных течениях, вызванных выемками на
осесимметричном теле и плоской поверхности
Ларсон [611 измерил тепловой поток в ламинарных и турбулентных
отрывных течениях в выемках на осесимметричных и двумерных телах в
интервале значений 0,3 < М*, < 4,0 и 106 <
< Re < 4 -10е.
Были получены отношения осредненных тепловых потоков для оторвавшихся
пограничных слоев и эквивалентных присоедн-
10-0828
D
- п LJ(tm) ¦
- О 7° о -
о 1 | 1
/
t
146
ГЛАВА XI
ненных пограничных слоев, которые сравнивались с результатами расчетов
Чепмена [6]. Результаты, полученные для ламинарного пограничного слоя,
хорошо соответствовали теории Чепмена в отличие от результатов для
турбулентного течения. Тепловой поток достигал максимальной величины в
областях присоединения оторвавшегося потока. На фиг. 51 показаны два вида
моделей, осесимметричные и двумерные, использованные в данном
исследовании.
В случае осесимметричных моделей присоединенный и оторвавшийся
пограничные слои имели приблизительно одинаковые
Осесимметричные Двумерные
Ф и г. 51. Типы моделей [61].
а - с присоединенным течением; б - с отрывным течением.
средние и граничные (на внешней границе) характеристики течения и
площадь.
На моделях клиньев образовывались двумерные присоединенные и
оторвавшиеся пограничные слои приблизительно с одинаковыми
характеристиками течения на внешней границе и площадями. Осредненный
коэффициент теплоотдачи определялся без использования температуры
теплоизолированной стенки по формуле
Т ^ ((Рполн/^-Вь) dTw
где ?>полн - полный тепловой поток к нагреваемой части модели, Abl -
площадь нагреваемого пограничного слоя: nDl - для осесимметричных, 2Ы -
для двумерных моделей, I - длина нагреваемого пограничного слоя.
Определенная таким образом величина h эквивалентна обычному определению
L
А НW Т QW)
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ
147
если h не зависит от Tw, а в пределах точности опытов Ларсона величина h
от Tw не зависела. Числа Рейнольдса и Стэнтона были вычислены по средним
характеристикам течения на внешней границе слоя.
Ламинарное течение
Результаты измерений Ларсона приведены на фиг. 52 и 53. С достаточной
точностью можно принять, что экспериментальные значения отношения hs/hA
для осесимметричного течения (отношение среднего коэффициента теплового
потока при оторвавшемся
Re,
Фиг. 52. Теплопередача в осесимметричном ламинарном течении [61].
Rej_
Фиг. 53. Теплопередача в двумерном ламинариом течении [61].
пограничном слое к коэффициенту теплового потока при присоединенном
пограничном слое) не зависят от чисел Маха и Рейнольдса до числа
Рейнольдса, при котором начинается переход в области
1' *
148
ГЛАВА XI
присоединения, и хорошо согласуются с теорией Чепмена. При больших числах
Рейнольдса отношение hs/hA растет в области перехода, и отрыв вызывает
преждевременный переход. При достаточно больших числах Рейнольдса ReL > 2
-10е (L - длина модели) происходит увеличение, а не уменьшение среднего
теплового потока.
При Ме = 3 иМ" = 4 влияние отрыва на двумерной модели
распространялось фактически на 2/3 хорды модели, поэтому для сравнения с
расчетом следует рассматривать только эту часть поверхности.
Следовательно, полного снижения теплового потока на 44% в соответствии с
теорией ожидать не следует. Теория хорошо согласуется с экспериментом
