Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
отрыв потока задержи-
200
ГЛАВА IV
вается. Мэйджер [94] исследовал природу трехмерного пограничного слоя на
неподвижных и вращающихся телах, таких, как пропеллеры, лопатки ротора
компрессора или турбины, и представил результаты анализа и измерений
[95]. Химмельскамп [961 измерял пограничный слой на вращающихся воздушных
винтах. Результаты этих исследований указывают на затягивание отрыва.
Благодаря этому затягиванию коэффициент подъемной силы вблизи втулки
вращающегося воздушного винта можно увеличить до 3,2 по сравнению с 1,4
для невращающегося винта х>.
4.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРЫВА ТРЕХМЕРНОГО
ПОТОКА
Некоторые успехи в экспериментальных исследованиях были достигнуты
недавно Тейлором [97], исследовавшим трехмерный пограничный слой в
гидромашине при наличии отрыва потока. В зависимости от геометрии решетки
лопаток поток около нее может рассматриваться либо как внешний, либо как
внутренний. Если расстояние между лопатками больше, чем размер самих
лопаток, то поток можно считать внешним, и наоборот.
Эксперименты Либлейна [98] показали, что, когда отношение максимальной
скорости на поверхности лопатки к скорости на выходе из решетки равно
примерно двум, отрыв потока на лопатках возникает при больших углах атаки
и с минимальными потерями. Лубик и Уолнер [99] установили, что
нестационарный процесс в многоступенчатом компрессоре газотурбинного
двигателя является последовательным отрывом потока в ступенях. Отрыв
потока в ступенях происходит при одних и тех же критических степенях
сжатия в течение периода квазистационарного роста нагрузки, например во
время очень быстрых изменений потока на входе. Отрыв может иметь место
при возмущениях перед компрессором и за ним независимо от скорости
изменения нагрузки.
На практике турбулентное течение - довольно распространенное явление,
поэтому точное определение возникновения отрыва такого течения имеет
большое значение при проектировании гидромашин с большим к. п. д. или
корпусов кораблей с ограниченной осадкой. В настоящее время, однако, нет
надежных методов определения отрыва внутреннего трехмерного течения.
Имеющихся экспериментальных данных недостаточно для понимания сложной
природы отрыва трехмерного потока.
Для интересующихся этой проблемой читателей рекомендуются работы [100-
106].
Х) Правильнее говорить не о затягивании отрыва, а о влиянии вращения на
воздух в области отрыва, приводящем к росту коэффициента подъемной силы.
(Келдыш В. В., Инж¦ журнал, т. III, вып. 1, 1963.).- Прим. ред.
ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ
201
4.5. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ ТРЕНИЯ
НА ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ КОРМОВОЙ ЧАСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ОТРЫВА ПОТОКА
Соотношение между сопротивлением давления и сопротивлением трения на
осесимметричной кормовой части, примыкающей к длинному круговому
цилиндру, выражает влияние отрыва потока на сопротивление.
Вигардт [107] получил следующие приближенные эмпирические формулы для
коэффициента сопротивления давления Свр, исполь-
Ф и г. 33. Осесимметричная кормовая часть, примыкающая к длинному
круговому цилиндру [107].
зуя модель, представленную на фиг. 33, при числе Рейнольдса (2R0ue)/v =
0,6 -10°, где R0 - радиус кругового цилиндра: для острой кормовой части
(эллипсоид 6 : 1)
для тупых кормовых частей (эллипсоид 2 : 1 и 4 : 1)
Сл, = °,0б(-?)-!\
где Lr - длина кормовой части. Для гидродинамических исследований,
включая гидродинамику корпуса корабля, такая модель может оказаться
полезной для выяснения роли сопротивления давления и сопротивления трения
при наличии отрыва.
Если коэффициент сопротивления кормовой части (отнесенный к ее объему)
определить как Сцу ~ D/qV2/3, где D - полное сопротивление, q -
скоростной напор и V - объем, то, как видно из фиг. 34, тупая кормовая
часть имеет меньшее сопротивление, чем острая, хотя на первой возникает
отрыв большей интенсивности. Числовые величины этих коэффициентов
сопротивления являются предварительными оценками вследствие неточности
измерений. Коэффициенты могут зависеть в известной степени от чисел
Рейнольдса, однако ясно, что в диапазоне удлинений 3 < < Lr/R0 < 5
коэффициент сопротивления тупой кормовой части
202
ГЛАВА IV
меньше, чем острой. Объяснить этот противоречивый на первый взгляд факт
можно на примере эллипсоидальной кормовой части (удлинение 4:1),
примыкающей к круговому цилиндру. Измеренное касательное напряжение на
стенке xw, а также измеренное
и соответствующее потенциальному течению распределения статического
давления р показаны на фиг. 35.
Как и следовало ожидать, из-за отрыва на хвостовой части измеренное и
соответствующее потенциальному течению распределения давления различны,
но порядки их величин можно считать одинаковыми по сравнению с очень
малым касательным напряжением. Результирующая сила в направлении потока
получается суммированием произведения элементов поверхности на
соответствующие проекции xw и р. Кривая на фиг. 35 представляет собой эту
