Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИИ
11
[5] также измерял возрастание сопротивления различных препятствий,
аналогичных рассмотренным Вигардтом (при турбулентном режиме), располагая
эти препятствия под различными углами к набегающему потоку, перекрывая
выемки и т. п., чем дополнил исследования Вигардта 14]. Эти исследования
оказались
Фиг. 2. Картина обтекания выступа, b/h = 2,4 [4].
полезными для определения сопротивления, обусловленного различными
неровностями поверхности корпуса корабля, крылового профиля и различных
частей кораблей и самолетов. Из большого числа результатов измерений
здесь представлены лишь некоторые, имеющие отношение к характерным
отрывным течениям. Измеренные значения коэффициента сопротивления
двумерных выступов с различными отношениями высоты к ширине приведены на
фиг. 1.
Коэффициент сопротивления определяется в виде
где AD - разность значений сопротивления пластины с выступом и без него,
А - площадь поверхности выступа, создающей сопро-
12
ГЛАВА VII
тивление, q - среднее значение скоростного напора в вязком
слое от у = 0 до у = h (высота выступа), определяемое по формуле
л
? = Х j %u*{y)dy.
о
С увеличением значений ft/ft (ft - ширина выступа) и ft значение CD также
возрастает. Однако зависимости С0 от hlb выражаются
Фиг. 3. Сопротивление, обусловленное вырезами различной глубины [4].
Uqq = 25 и/с; Ь = const "32 им;
I 260 ми
Ь =
I 250 мм
О* = 4,30 м; 6 = 67мм; tt^ac/v =7,2-10";
X *= 1.68 м; 0 = 32 им; u^x/v = 2,8-10".
Вырезы не оказывают большого хотя полость выреза заполнена вв
параллельными кривыми, если ft = const служит параметром. На фиг. 2
показаны вихри, образующиеся перед выступом и за ним.
Судя по аналогичным фотографиям, приведенным в работе [4] для различных
значений ft/б (где б - толщина турбулентного пограничного слоя), с ростом
толщины пограничного слоя увеличивается протяженность области отрыва и
интенсивность вихрей, в особенности в области за выступом, влияния на
внешнее течение, хрями. Измеренные значения
Фиг. 4. Картипа течения в вырезе [4].
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
13
ACd представлены на фиг. 3, где ACD = AD/qAb, q - V3pw2 - скоростной
напор во внешнем течении, Аь - площадь дна выреза. Как видно на фиг. 4, в
глубоком вырезе при малом hlb формируется только один вихрь, а при
большом hlb формируются два вихря.
Распределения давления и скорости, сопротивление и поверхностное трение
Были выполнены некоторые экспериментальные исследования распределения
статического давления, сопротивления и поверхностного трения на уступах,
в вырезах и т. п. при малых скоростях потока.
Уступы. Тани и др. [3] исследовали характеристики отрывного течения за
моделью уступа (фиг. 5).
На фиг. 6 приведены измеренные значения коэффициента давления Ср = (р - р
(tm))/(1/apuL), где р и р" - соответственно местное статическое давление и
статическое давление в невозмущенном
Фиг. 5. Схема отрывного течения за уступом [3].
1 - основной поток; 2 - слой смешения; 3 - возвратно-циркуляционное
течение; 4 - присоединение.
потоке. Хотя показания манометров были сравнительно установившимися,
результаты измерений несколько отличались друг от друга, что
свидетельствовало о существовании нескольких типов течений за уступом.
Приведенные данные являются средними значениями для нескольких серий
экспериментов. Значения xlh в интервале значений (-1, 0) соответствуют
вертикальной стенке уступа, положительные значения xlh соответствуют
горизонтальной стенке за уступом. Согласно полученным результатам, донное
давление одинаково для всех уступов независимо от их высоты и толщины
пограничного слоя, за исключением уступов с очень малой высотой. Во всех
случаях донное давление меньше р <". Вначале оно слегка уменьшается вниз
по течению за уступом, а затем быстро возрастает, указывая на
присоединение потока. Нечувствительность донного давления к высоте уступа
и толщине пограничного слоя, по-видимому, обусловлена тем, что течение в
полости тлавным образом поддерживается напряжением турбулентного тре-
ь 70 12
h, см ft.CM
А QS • 2*
+ 1 х 4
О 2 v б
И со-28 м/с
Фиг. 6. Распределения давления на вертикальной стенке уступа и на
горизонтальной стедке за ним [3].
* толстый пограничный слой.
Разделяющая линия тона -k-uu/u;
.1______
Фиг. 7. Распределения срсдпей скорости потока, интенсивности
турбулентности и напряжения турбулентного трения за уступом,
расположенным по потоку [3].
Л =¦ 2 см; ито - 28 м/с.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
15
ния, которое в значительной степени не зависит от высоты уступа и толщины
натекающего пограничного слоя.
Как показано на фиг. 7, в области отрыва обратное течение достигает
значительной высоты над поверхностью дна и занимает дочти всю длину
отрывной области. Видно, что интенсивность турбулентности и напряжение
трения растут вниз по потоку в слое смешения. Кроме того, можно заметить,
что распределения (по толщине слоя) средней скорости, интенсивности
турбулентности
