Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
что существуют три режима течения в зависимости от того, является течение
ламинарным, переходным или турбулентным. При дозвуковых скоростях
ламинарное отрывное течение очень легко переходит в турбулентное, поэтому
ламинарное течение (несжимаемой) жидкости практически не представляет
интереса. Однако ламинарные отрывные течения газа являются устойчивыми.
Г1рп чисто ламинарном режиме обтекания уступа, обращенного навстречу
потоку (фиг. 40), имеется область "плато давления" с почти постоянным
давлением в области отрыва. Давление отрыва ps и давление в области плато
рр соответственно на ~15 и ~30% выше, чем давление непосредственно перед
областью отрыва. В ряде случаев наблюдалось очень слабое возрастание
давления во внутреннем угле уступа и на его лобовой поверхности. На
небольшом участке у внешнего угла уступа существует область, в которой
местное давление на лобовой поверхности выше, чем давление в области
отрыва, так как часть оторвавшегося слоя затормаживается на этой
поверхности. Если оторвавшийся слой в точке отрыва толстый, то это
возрастание давления незначительно. Если же он очень тонок, то давление
возрастает на небольшом участке вблизи внешнего угла. В переходном режиме
пограничный слой сохраняется ламинарным при отрыве, так что возрастание
давления, вызывающее отрыв, остается по существу таким же, как и при
чисто ламинарном отрыве. Но переход приводит к более высокому росту
давления перед присоединением потока на уступе.
Изменение давления на лобовой поверхности уступа, составляющее примерно
0,1 р0, обусловлено существование"! в области возвратного течения перед
уступом достаточно больших дозвуковых скоростей. Так как переход сам по
себе является существенно неустановившимся процессом, течение в области
между переходом и точкой присоединения также неустановившееся.
При турбулентном режиме рост давления при отрыве намного больше. В
области отрыва не существует плато давления, поскольку вихревое движение
в турбулентном слое повышает энергию жидкости. Давление на лобовой
поверхности уступа подобно давлению в переходном режиме; степень
устойчивости турбулентного течения не столь высока, как у ламинарного, но
выше, чем У переходного течения.
Если уступ расположен по потоку, как показано на фиг. 41, то область
плато давления существует во всех трех режимах, но величина давления, как
и ожидалось, наименьшая при турбулентном и наибольшая при ламинарном
течении.
*-0507
г ~ -
5 -
-
- -
- -
-ооЬ*- -
0,8 10 X/L в
Фиг. 40. Три режима течения около уступа, обращенного навстречу потока, М
= 2,3 [38].
а - чисто ламинарный, М0 = 2,3, ReL = 0,2-10"; б - переходный, Мо = 2,3,
ReL = = 0,46-10"; в -турбулентный, Мо = 2,3, ReL= 1,52-10" (с
турбулизатором).
р- -ij)-o j
Ориентировочное положение* -области перехода_
>0-jO-i '(
- -
- -
i уС 1
а
W 1,4 7,8 0,6 1,0 1,4
x/L x/L
б в
U8
Фиг. 41. Три режима течения около уступа, расположенного по потоку, М =
2,0 [38].
а - чисто ламинарный, М0 = 2,0, ReI_= 0,17-10"; б - переходный, Мо = 2,0,
Re^ = = 0,5-10"; в - турбулентный, М0 = 2, ReI_= 0,39-10" (с
турбулизатором).
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
51
3.3. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НА ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ
Теплопередача оказывает влияние не только на положение отрыва, как
упоминалось выше, но такж-е и на характеристики отрывного течения. Так
как в областях присоединения могут существовать "горячие пятна", влияние
теплопередачи на отрывное течение привлекает пристальное внимание.
Физический процесс теплопередачи при отрывном течении частично
объясняется следующими тремя механизмами:
1) теплопроводность между стенкой и средой в области отрыва;
2) теплопроводность через свободный вязкий слой;
3) перенос массы между областью отрыва и внешним течением.
Анализ Карлсона [39] подтверждает механизм переноса массы
Чепмена - Ларсона [40, 41], в то время как модель переноса массы Харвата
[42] дает более точные полуэмпирические поправки к результатам измерений,
чем другие методы. Объяснение процесса теплопередачи, предложенное
Харватом, состоит в следующем. Область отрыва "дышит" с ультразвуковой
частотой, и в течение одного полупериода в эту область вводится масса.
Так как в области отрыва теплопередача к стенке высока, избыточная масса
нагревается до температуры стенки и уносит это тепло, вытекая из области
отрыва в течение следующего полупериода. Таким образом, интенсивность
теплообмена зависит от нестационарного обмена массы.
Ниже будет рассмотрено влияние теплопередачи на отрывные течения,
вызванные уступами и вырезами.
3.3.1. Уступи
Гэдд и др. [43] получили коэффициент теплопередачи, коэффициент
восстановления, а также давление, напряжение трения И число Маха для
уступов, обращенных навстречу потоку и расположенных по потоку, при М " =
2,44 и турбулентном режиме течения в пограничном слое (фиг. 42, 43).
Средняя температура поверхности стенки 65 °С, температура торможения 40
°С и соответствующая температура восстановления около 18 °С. Сравнивая
