Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
меньшей степени отличается от теоретически предсказанного, чем при
докритических числах Рейнольдса. В результате полное сопротивление
кругового цилиндра при больших значениях чисел Рейнольдса оказывается
меньшим, чем при малых числах Рейнольдса. Этот факт виден из фиг. 16.
Недавно Морковин [16] обобщил и объяснил новые экспериментальные и
теоретические исследования обтекания круговых цилиндров в более широком
интервале чисел Рейнольдса, подчеркнув характерные особенности
образования присоединенных и свободных вихрей и их динамику. Были также
тщательно изучены многочисленные явления неустойчивости поля течения в
целом и отдельных его областей. Оказывается, что образующаяся при
возрастании числа Рейнольдса нестационарная, трехмерная,
взаимодействующая с внешним потоком вихревая картина течения
ВВЕДЕНИЕ В ПРОБЛЕМЫ ОТРЫВА ПОТОКА
29
является ключом к пониманию результатов наблюдений различных
исследователей.
На фиг. 17 показано распределение давления по поверхности сферы. При
сверхкритических числах Рейнольдса статическое давление в области
турбулентного отрывного течения не является постоянным, а возрастает в
интервале значений "р от 140 до 220° в отличие от статического давления в
области ламинарного отрывного течения, которое почти постоянно.
Хотя статическое давление в области ламинарного отрывного течения на
сфере почти постоянно, коэффициент давления в три раза выше, чем в таком
же диапазоне углов на круговом цилиндре.
1.3. ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ
В последнее время интенсивно исследовалось течение в следе при больших
скоростях. Вследствие значительной протяженности след является важным
объектом наблюдений в нем электронов и других излучающих составляющих
газа при высокой температуре. Так, след метеора может достигать 28 км на
высоте около 185 км. При скорости метеора 12 км/с температура во внешней
части следа может достигать 6 500 К на расстоянии 50-100 диаметров за
телом [17]. На фиг. 18 и 20 показаны типичные турбулентные следы за тупым
телом, телом промежуточной формы и тонким телом при гиперзвуковых
скоростях.
Кроме того, на фиг. 19 показаны профили скорости и энтальпии
непосредственно перед горловиной следа и сразу за ней.
След при гиперзвуковых скоростях может быть как ламинарным, так и
турбулентным, а число Рейнольдса перехода, вычисленное по местным
значениям параметров течения и расстоянию х' от горловины следа до точки
перехода, для тупого тела равно
Кбх" перся 5,6• 106.
Для заостренного тела Renepex> вычисленное по тем же параметрам, почти в
четыре раза больше, чем для тупого тела [19].
Горячий "внешний след" за тупым телом образован сжатым и разогретым в
ударном слое газом, прошедшим через почти нормальный к потоку участок
головного скачка уплотнения. "Внутренний след" образован турбулентным
течением, возникающим в области с наибольшим градиентом скорости, и
смыкающимся с ним свободным вязким слоем, сходящим с поверхности тела.
Линия нулевого значения скорости, на которой касательная составляющая
скорости равна нулю, начинается в точке отрыва на теле и поворачивает
обратно в горловине следа, поскольку при выравнивании потока давление
возрастает. Газ над линией нулевой скорости в дальнейшем образует
внутренний след. Вблизи горловины турбулентность, существующая в узкой
области, окру-
Ф и г. 18. Следы за телами при больших сверхзвуковых скоростях. а -
цилиндр при числе Маха 5,8 [18]; б - затупленный конус при числе Маха
3,18, - _ 3,58.10е; = 1 атм (данные лаборатории ВМС США, шт.
Мэриленд).
Ось слеЗа
Фиг. 19. Типичные профили скорости и энтальпии во внутренней части сяеда
непосредственно перед горловиной и за ней. а - перед горловиной; б - за
горловиной.
Ближний след
Дальний след
Фиг. 20. След за тонким телом при гиперзвуковых скоростях. (Данные
лаборатории ВМС США, шт. Мэриленд.)
32
ГЛАВА I
жающей ось следа, быстро распространяется вовне, захватывая окружающий
газ. Все линии тока из "внешнего следа" поглощаются турбулентным следом
ниже по течению. За тонким телом образуется "холодный след". В
противоположность "горячему следу", который главным образом связан с
головным скачком уплотнения, -"холодный след" можно считать полностью
обусловленным действием эффектов вязкости, связанных с пограничным слоем
и с донной областью. Ниже перечислены некоторые свойства гиперзвукового
следа, которые отличаются от соответствующих свойств дозвукового следа
[17]:
а) крупномасштабные вихри не образуются даже при ламинарном течении;
б) ламинарный свободный вязкий слой при гиперзвуковых скоростях гораздо
устойчивее;
в) начальное значение потерь количества движения, или "сопротивления", во
внутреннем следе на один или два порядка меньше, чем полное сопротивление
тела.
Однако, как отметили Фэй и Гольдберг [20], следующие свойства
гиперзвуковых и дозвуковых следов оказываются сходными:
а) четко определенная частота возмущений в следе;
б) форма зависимости числа Струхаля от числа Рейнольдса;
