Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
соответствующие пульсациям в следе.
Хвостовая у/ пластина______
Фиг. 12. Круговой цилиндр с хвостовой пластиной [11].
Если хвостовая пластина достаточно длинная, то точка торможения находится
на твердой поверхности и поперечные пульсации следа устраняются, хотя
область разрежения остается.
След за круговым цилиндром
След за круговым цилиндром во многих аспектах подобен следу за плоской
пластиной. Когда число Рейнольдса превышает некоторое критическое
значение, за цилиндром формируется пара вихрей. Эта пара растягивается в
направлении потока, становится несимметричной и в конце концов
разрушается и сносится вниз по потоку, распространяя завихренность
попеременно на обе стороны следа. При умеренно больших числах Рейнольдса
не всегда существует начальная пара вихрей, и так как поверхность
разрыва, сходящая с поверхности цилиндра, неустойчива, она свертывается в
отдельные вихри с образованием вихревой пелены. Таким образом, вихревое
движение определенной частоты существует при любом числе Рейнольдса, и
вниз по потоку распространяется двойной ряд вихрей. При больших числах
Рейнольдса, скажем более Re = 2500, вихри рассеиваются по мере
образования, поэтому двойной ряд вихрей не может существовать. На задней
стороне цилиндра вихри периодически отрываются, пока число Рейнольдса не
достигнет значения Re=4-105-5-105. При этих значениях числа Рейнольдса
течение в следе становится турбулентным. Как и в случае плоской пластины,
хвостовая пластина за цилиндром предотвращает отрыв вихрей и оказывает
сильное влияние на сопротивление цилиндра, уменьшая коэффициент
сопротивления от 1,1 до 0,9 [11, 12]. Пластина эффективна на расстоянии
первых четьтрех-пяти диаметров вниз по потоку. Если два вязких слоя на
каждой стороне следа не взаимодействуют друг с другом в области, где они
имеют тенденцию к свертыванию в вихрь, то не возникает стабилизирующего
механизма, закрепляющего определенное периодическое образование вихрей.
Поэтому вязкие слои разрушаются независимо друг от друга [12]. Давление
за пластиной или цилиндром меньше, чем давление
86
ГЛАВА VIII
во внешнем потоке. Таким образом, возникает разрежение. Поэтому
сопротивление плоской пластины гораздо больше, чем по теории Кирхгофа.
След за затупленной задней кромкой при дозвуковых и трансзвуковых
скоростях
В соответствии с современными исследованиями следа за затупленной задней
кромкой (фиг. 13), проведенными Нэшем и др. [13],
Размах модели 355 мм.
Примечание. Все размеры даны в миллиметрах.
статическое давление вдоль центральной линии следа быстро уменьшается при
удалении от донного среза, достигая минимума на расстоянии, примерно
равном половине толщины задней кромки (фиг. 14).
Для сравнения на фиг. 14 показано распределение статического давления за
плоской пластиной [14].
"Впадина" на кривой распределения давления (фиг. 14) была также замечена
другими исследователями [14-16]. Эта область совпадает с местом
формирования вихрей. Значение коэффициента давления Ср во "впадине"
уменьшается с увеличением относительной толщины задней кромки, т. е. с
увеличением интенсивности вихревой дорожки. Например, па фиг. 14
минимальное значение Ср равно примерно - 1,0, тогда как для кругового
цилиндра [16] оно равно - 1,4, а для пластины, нормальной к потоку [14],-
2,3. Вниз по потоку от впадины статическое давление снова повышается и
устанавливается при некотором значении, меньшем статического давления во
внешнем потоке. Появление этого плато давления вместо постепенного
увеличения стати-
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
87
ческого давления по потоку вдоль центральной линии следа указывает на
существование вихревой дорожки. Теоретически можно показать, что
статическое давление вдоль центральной линии вихревой дорожки меньше
статического давления в невозмущенном потоке на величину, зависящую от
интенсивности вихревой дорожки. С увеличением числа Маха достигается
такой режим
течения, при котором возникает хвостовой скачок уплотнения, и точка, в
которой образуются вихри, перемещается вниз по потоку, а область минимума
Ср исчезает. При числе Маха, выше которого
-20
б
/
/
'Л
\
/
/
/'
\ Плоская пластина, расположенная по \ нормали к потоку, \ (несжимаемая ^
жидкость) V
\
\
\
Фиг. 14. Статическое давление на центральной линии следа [13].
*) Гэдд, ARC 24 247, FM 3253, 1962.
Фиг. 15. Определение h' [13]. Сечение следа на расстоянии 5 см от донного
среза.
происходит переход к "установившемуся" донному течению (для модели,
изображенной на фиг. 13, М = 0,975), область постоянного давления
возникает внизу по потоку, что свидетельствует об образовании застойной
зоны, и статическое давление в следе приближается к давлению во внешнем
потоке без промежуточного плато давления. Таким образом, хотя имеется
подтверждение существования дискретных вихрей в следе при сверхзвуковых
скоростях, уменьшение их интенсивности таково, что след почти не
обнаруживает свойств полностью развитой вихревой дорожки. При
