Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
объясняется расширением области большого разрежения на значительную часть
хорды лопасти. -Прим. ред..
14*
212
ГЛАВА XII
сечение 1 и 2 диффузора, р - статическое давление,
Ai Аг
К-l = j Qiui dA, Кг = j qzu2 dA о о
- суммарные расходы кинетической энергии через сечения 1 и 2 диффузора,
q - скоростной напор.
Так называемый эффект заполнения сетки достаточен для предотвращения
отрыва или же присоединения оторвавшегося потока даже в случае сильно
развитого отрыва потока в диффузоре. "Заполнение" подразумевает
использование всего объема диффузора либо вследствие выбора формы
диффузора, либо благодаря действию сетки. В этом смысле заполнение
означает отсутствие отрыва, поэтому условие заполнения можно определить
как подобие распределения скорости в каждом сечении диффузора ее
распределению на входе. Согласно исследованию Шубауэра и Шпан-генберга
[31], при дозвуковых скоростях отклонение потока сетками к стенкам
сопровождается увеличением градиента скорости и напряжения трения на
стенке. Процесс обтекания сетки тесно связан с процессами в турбулентном
пограничном слое, и сетка может предотвратить отрыв либо за счет
увеличения градиента скорости по нормали к стенке, либо за счет
уменьшения градиента давления вдоль стенки, либо за счет этих обоих
эффектов.
Эффект заполнения зависит главным образом от расположения сетки и
коэффициента перепада давления на ней к = Ар/q, причем Ар - разность
статических давлений по обе стороны сетки. Когда сетка максимально
сдвинута вперед, отрыв может быть устранен путем увеличения к и
оптимального заполнения диффузора выше по потоку, однако ниже по потоку
отрыв может сохраниться. Когда сетка расположена ниже по потоку, участок
заполнения диффузора также находится ниже по потоку. Так как при заданном
к потеря эффективности минимальна, если сетка расположена в конце
диффузора с малым углом раскрытия, то угол непосредственно перед сеткой
может быть увеличен и увеличено отношение площадей. Таким образом, при
заданном отношении площадей и значении к наиболее эффективная форма
диффузора с сеткой должна иметь малый угол раскрытия, переходящий в
большой. Что касается заполнения и отрыва, то несколько сеток в диффузоре
любой формы столь же эффективны, как и одна сетка в диффузоре специальной
формы. Поэтому при соответствующем числе и положении сеток легче
спроектировать диффузор простой формы, чем специальной формы [31] х).
х) Оригинальным средством предотвращения отрыва от стенок диффузоров
с большими углами раскрытия, повышения их эффективности и однородности
потока является перемещение отрыва к оси диффузора с помощью радиальных
перегородок и поперечного диска, расположенного в области горловины
диффузора, -с Прим.. ред.
УПРАВЛЕНИЕ ОТРЫВОМ ПОТОКА
213
1.2.5. Разделяющая пластина
Как указано в гл. VIII, разделяющая пластина, расположенная за телом,
может предотвратить периодические пульсации следа, если длина пластины
достигает около пяти диаметров, а также может снизить сопротивление.
Например, разделяющая пластина за круговым цилиндром при дозвуковых
скоростях снижает коэффициент сопротивления от 1,1 до 0,7 [32].
1.3. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИЛИ ЗАМЕДЛЕНИЕ ОТРЫВА ПУТЕМ ОТСОСА
ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
Отсос пограничного слоя исключает или уменьшает влияние вязкости на
отрыв и неизбежно связан с затратами мощности. В гл. I упоминался
классический эксперимент по предотвращению отрыва в дозвуковом диффузоре
путем отсоса пограничного слоя. Среди различных способов управления
отрывом чаще всего применяется отсос через щель, поэтому этот способ
будет более подробно рассмотрен в данном разделе.
Путем отсоса из пограничного слоя удаляются заторможенные частицы,
прежде чем произойдет отрыв, чтобы заново образующийся пограничный слой
мог преодолеть положительный градиент давления. Предотвращение отрыва
путем отсоса приводит к уменьшению сопротивления, увеличению подъемной
силы, а также смещению точки перехода вниз по потоку, однако для
достижения этой цели необходим вспомогательный источник мощности. Отсос
пограничного слоя исследовался как теоретически, так и экспериментально.
1.3.1. Расчет отсоса пограничного слоя
Рассмотрим отсос ламинарного пограничного слоя при дозвуковых
скоростях. Возможен как равномерный отсос с поверхности тела, так и по
произвольному закону.
Равномерный отсос по длине пластины
Простейшим способом равномерного отсоса ламинарного пограничного слоя
при нулевом угле атаки и дозвуковых скоростях является отсос через
пористую стенку (фиг. 14) [33].
Вследствие малой скорости отсоса к0<0 в пределах | |
от 0,0001 до 0,001, направленной противоположно оси у, отсасываются
только частицы жидкости, находящейся в непосредственной близости к
стенке.
Удаляемое количество жидкости равно Q = CqAu", где CQ - безразмерный
коэффициент объемного расхода, А - площадь
214
