Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
Профиль скорости в свободном вязком слое перед сжатием
вихрь "сжатия11
Фиг. 45. Структура внутреннего течения для модели с теплопередачей
посредством массообмена [42].
Экспериментальные результаты Харвата и др. в основном подтверждают данные
наблюдений Ларсона [41].
Визуализация течения и изучение диффузии тепла, выполненные Харватом и
др., подтвердили существование интенсивного массообмена .между полостью и
внешним течением, а также неустановившегося течения. Кроме того, течение
в центральной зоне имеет три слоя по вертикали: ко дну примыкает слой
возвратного течения, относительно слабого и неустановившегося, но в
среднем направленного вверх по потоку; промежуточный слой характеризуется
сильным возвратным течением, но в целом в нем отсутствует какой-либо
определенный поток массы и, наконец, свободный вязкий слой. В окрестности
внутреннего угла, вызывающего сжатие потока, вихрь довольно интенсивный,
но около внешнего угла, вызывающего отрыв, вихрь слабее и его знак
противоположен.
На фиг. 46 приведены типичные характеристики течения в вырезе,
протяженность турбулентного пограничного слоя в котором неизвестна [47].
Коэффициент теплопередачи h и коэффициент восстановления г определены
следующим образом:
h = q!{Tw - Гэфф), г = (тТ - т лкт. - т.),
56
ГЛАВА I
где q - плотность теплового потока, вт/см2, Tw, Гэфф, Тг, Т", - значения
температуры на стенке, эффективной температуры, температуры,
восстановления и температуры в набегающем потоке, °С. Пфф соответствует
температуре при q0 = 0 и не обязательно равна Тт. В действительности же
они совпадают.
!0 20 30 40 50 60
х,мм
'V7777777777777777\
г
v/S/S/MW/T?//?///////,
Фиг. 46. Распределение давления, коэффициента восстановления,
коэффициента теплопередачи и коэффициента поверхностного трения по дну
выреза; М" = 1,8, V = 10 мм [47].
Индексами 0 и е обозначены значения в момент времени t - 0 и на плоской
пластине соответственно.
Максимальные значения давления, коэффициента восстановления и
поверхностного трения имеют место вблизи задней стенки выреза, а
максимальное значение h достигается немного ниже по потоку от среднего
сечения выреза, где значения коэффициента восстановления и давления
минимальны. Томан [47] заметил два
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
57
вихря в вырезе, а наблюдения с использованием теневого прибора и
интерферометра показали, что течения в наиболее глубоких вырезах являются
неустановившимися с пульсациями давления в нескольких ограниченных зонах.
Так как поверхностное трение уменьшается в большей степени, чем
теплопередача, в области отрыва нельзя применять аналогию Рейнольдса без
дальнейших исследований характеристик течения в этой области.
3.4. ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ
Донное давление, т. е. давление в области отрыва непосредственно за
телом, в общем случае меньше, чем статическое давление в набегающем
потоке. Действуя на донную поверхность, оно приводит к появлению силы.
Так как составляющая этой силы в направлении течения совпадает с
направлением сопротивления, донное давление оказывает непосредственное
влияние на полное сопротивление. При некоторых условиях сопротивление,
обусловленное донным давлением, довольно велико. В соответствии
1,0
0,8
Ofi
Ь.
Яо
0,4
0,2
О
Фиг. 47. Дониое давление в зависимости от числа Рейнольдса, М ^ 3 [49].
*) Источник: JAS, 24, .V. 4 (1954).
с теорией смешения Крокко - Лиза [8] можно предполагать, что пониженное
давление в донной области поддерживается благодаря переносу количества
движения через вязкие слои. Хотя концепция простого переноса количества
движения удобна для сверхзвукового течения, она может оказаться
недостаточной для течения несжимаемой жидкости, поскольку в несжимаемом
потоке наряду с переносом количества движения через вязкий слой важным
58
ГЛАВА
фактором является динамика вихрей [48]. Донное давление в сильной степени
зависит от числа Рейнольдса, как показано на фиг. 47, где представлена
зависимость донного давления от числа Рейнольдса в интервале 1,16-Ю2 < Re
< 1,8-107 и М " 3 для цилиндрической модели с конической носовой частью
[49]. Так как местные значения донного давления изменяются вдоль радиуса
донного среза, на фиг. 47 представлены средние по площади значения
коэффициента рь!р^. При малых значениях числа Рейнольдса, соответствующих
ламинарному режиму течения, донное давление резко изменяется с ростом
числа Рейнольдса, однако при больших числах Рейнольдса, соответствующих
турбулентному режиму течения, донное давление практически не зависит от
числа Рейнольдса. В промежуточном интервале чисел Рейнольдса имеет место
переходный режим и донное давление достигает своего максимального
значения.
Проблема донного давления за плоской пластиной при дозвуковых скоростях
является классической, но для нее еще не получено удовлетворительного
решения. Недавно были проведены исследования донного давления при
сверхзвуковых скоростях, однако для получения надежных результатов
