Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
5.3. В различных исследованиях [46, 48, 51, 52, 56, 58, 61, 62]
наблюдались пульсирующие течения около осесимметричных тел при нулевом и
ненулевом углах атаки. Причины возникновения пульсирующего течения были
объяснены в работах [46, 56]. При нулевом угле атаки наблюдались
пульсации перед цилиндром с плоским срезом и с иглой, однако перед
цилиндром со сферической носовой частью и с иглой никаких пульсаций не
наблюдалось [46]. Аналогичные наблюдения также
ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ
245
были выполнены авторами работы [52]. Олбум [51] на основе изучения 25
работ установил, что при обтекании цилиндра со сферической носовой частью
и с иглой никаких гистерезисных явлений не наблюдается. Предполагается,
что гистерезис возможен, когда некоторое явление в потоке, например
пульсация, возникает при более высоких значениях некоторого параметра,
если этот параметр возрастает, либо при более низких его значениях, если
он уменьшается. Как упоминалось выше [46], форма тела является
определяющим фактором для возникновения пульсаций. Рассмотрим фиг. 31.
Существуют две головные ударные волны перед тупым телом - сильная волна,
которая медленно перемещается, и слабая волна, движущаяся вниз по потоку
и сливающаяся с предыдущей волной. Сильная ударная волна действует на
пограничный слой на игле и вызывает его отрыв. Отрыв происходит по
истечении некоторого промежутка времени, составляющего при М" = 1,96
около 50 мкс. Коническая область отрыва начинает развиваться, когда на
конце иглы сформируется сильная почти прямая ударная волна (фиг. 32). В
последующие 50 мкс головная волна на игле удаляется от тела (фиг. 33 и
34), а ее пересечение со второй волной движется вниз по потоку. Прямая
ударная волна кольцеобразной формы, возникающая в этом пересечении, также
движется вниз по потоку. Когда эта прямая ударная волна проходит за торец
цилиндра, ее влияние на отрыв ослабляется и область отрыва быстро
сокращается (фиг. 34). Это вызывает волну расширения (фиг. 34) и движение
по потоку центральной части головной ударной волны на игле (фиг. 35, 36).
Когда эта ударная волна начинает двигаться вниз по потоку, она становится
весьма слабой. Перед тупым телом возникает новая сильная ударная волна,
как если бы оно начало двигаться со сверхзвуковой скоростью из состояния
покоя. Эта новая ударная волна вызывает отрыв вверху по потоку, и
начинается новый цикл (фиг. 31). (Частота колебаний составляла 6000 с-1
при М ?о - 1, 96.) Прежде чем приступить к обсуждению причин колебаний в
интерпретации Маулла [561, приведем краткое описание его
экспериментальных исследований с применением моделей пяти различных форм:
цилиндра с плоским торцом и четырех моделей со скругленными носовыми
частями (относительный радиус скругления г Id составлял lls, 1/4, 3/8 и
1/2). Изменение относительной длины иглы в интервале значений 0,25 < l/d
^ 2,5 при М<" = 6,8 и Re/см = 0,67-106 соответствовало области пульсаций,
показанной на фиг. 50.
Этот результат подтверждает, что, как указывал Мэйр [46], форма тела
является важным фактором, определяющим пульсации. Частота пульсаций
составляла около 2-104 с-1 при М" = = 6,8 и, таким образом, была
значительно выше, чем в измерениях Мэйра (6000 с-1, М. = 1,96).
246
ГЛАВА IX
На основе экспериментальных данных [46, 54] Маулл [561 определил размеры
области пульсаций в функции числа Маха (фиг. 51).
Маулл [561 описал механизм пульсаций, ссылаясь на свои фотографии
обтекания цилиндра с плоским торцом и с иглой, длина которой составляла
3h диаметра цилиндра (М " = 6,8).
Так как в этом разделе уже приводились фотографии течения, полученные
Мэйром [46], воспользуемся ими при изложении соображений Маулла о балансе
массы в процессе> пульсаций. При этом следует иметь в виду, что
фотографии Мэйра были получены при М", = 1,96, а эксперименты Маулла
соответствовали М " = 6,8.
Рассмотрим фотографию на фиг. 32, соответствующую начальной стадии, когда
граница конической области отрыва перед носовой частью тела проходит
значительно ниже торцевой кромки. Таким образом, чтобы поток вне от-Ф и
г. 50. Влияние радиуса скругления рывной области повернуть
излома поверхности на размеры области в направлении поверхности
пульсаций [56]. тела, ударная волна долж-
на быть отошедшей.
Рассмотрим теперь равновесие потока газа. Давление при переходе через
ударную волну возрастает, а площадь сечения за ударной волной, через
которое газ мог бы вернуться назад в область отрыва, слишком велика,
чтобы обеспечить равновесие с массой газа, отсасываемого из области
отрыва перед ударной волной. Следовательно, реализуется неравновесное
условие для потока газа, втекающего в область отрыва за носком. Это
условие приводит к удлинению области отрыва и к образованию почти прямой
ударной волны на конце иглы, которая разрастается и заменяет коническую
ударную волну. С увеличением количества газа, поступающего в область
отрыва, ударная волна разрастается, а область ее взаимодействия с
