ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Переходные явления в пограничном слое. Кризис сопротивления тел плохо обтекаемой формы из "Механика жидкости и газа " В отличие от переходных явлений, рассмотренных в предыдущем параграфе, в пограничном слое наличие того или другого режима движения обусловлено развитием движения вдоль пограничного слоя. Так, начальный участок слоя обычно бывает ламинарным, за ним располагается переходная область, где одновременно сосуществуют турбулентные зоны потока с ламинарными, и, наконец, область развитого турбулентного потока, состоящая из турбулентного ядра и тонкого, вязкого подслоя граничащего с твердой стенкой. [c.528] Наблюдающееся различие в значениях Рвк5 для разных крыльев имеет еще одну причину. Подобно тому как это имеет место в трубе переменного сечения, критическое значение Рвкр в пограничном слое зависит еще от того, попадет ли критическое сечение в конфузорную или диффузорную части пограничного слоя. В области ускоренного течения (конфузорная часть слоя) Ре р имеет большие значения, чем в области замедленного течения (диффузорная часть слоя). В случае свободного пограничного слоя, как, например, в струе или в следе вдалеке за телом, критические значения числа Рейнольдса очень малы, и практически всегда приходится иметь дело с турбулентными струями и следами за телом. [c.529] Из графика непосредственно следует, что критические числа Ре р) соответствующие положительным значениям /кр, т. е. конфузорному участку пограничного слоя, значительно превышают критические числа в области замедленного движения в диффузорной области. Этот факт условно выражают, говоря, что ламинарный поток в конфузорной части пограничного слоя более устойчив, чем в диффузорной. При этом за количественную меру устойчивости принимают значение критического рейнольдсова числаРе р. [c.529] Явление перехода, как это было уже отмечено, зависит от распределения давления во внешнем потоке в конфузорном участке пограничного слоя, где внешний поток ускоряется, переход затягивается, смещаясь вниз по потоку, а в диффузорном участке с замедляющимся движением, наоборот, предваряется, переходя в верхние по потоку участки. Наконец, важное значение имеет состояние поверхности обтекаемого тела степень ее шероховатости, волнистости, нагретости и многие другие причины. [c.531] Удовольствуемся пока этими качественными определениями степени, масштаба и частоты турбулентности набегаюш,его потока количественное их определение будет дано позже. [c.531] Остановимся на иллюстрации влияния некоторых из только что перечисленных факторов на расположение точки перехода ламинарного движения в турбулентное в пограничном слое. [c.532] Влияние рейнольдсова числа на положение точки перехода на поверхности гладкого крыла выражается в смещении точки перехода при возрастании рейнольдсова числа в на-S b правлении к передней кромке. [c.532] Для разных крыловых профилей это смещение происходит различно, причем оно зависит также от условий опыта, т. е. турбулентности набегающего потока и др. Можно, однако, сделать некоторые общие замечания по этому поводу. [c.532] Если на поверхности крыла за точкой минимума давления существует точка отрыва ламинарного слоя, то эта точка является самой нижней (по потоку) возможной точкой перехода, так как сорвавшийся слой почти мгновенно переходит в турбулентное состояние. С возрастанием рейнольдсова числа точка перехода перемещается вверх по потоку и оказывается расположенной выше по потоку, чем точка отрыва. При этом ламинарный отрыв перестает осуществляться и заменяется турбулентным, который либо образуется, но значительно ниже по потоку, чем ламинарный, либо совсем отсутствует. Точка перехода перемещается по направлению к точке минимума давления и затем переходит в конфузорную область слоя. Схематически это показано на рис. 201 для верхней поверхности крылового профиля с затянутым конфузорным участком слоя (точка минимума давления примерно на 45% хорды) там же для сравнения приведена кривая перемещения точки потери устойчивости. [c.532] Как видно из графика, ламинарный участок пограничного слоя на этом профиле простирается почти на всю переднюю область крылового профиля даже при больших значениях рейнольдсова числа. Такого рода крыловые профили называют ламинаризованными. На обычных крыловых профилях точка минимума давления на верхней поверхности располагается значитель-но ближе к носику профиля, соответственно этому уменьшается и участок ламинарного слоя. [c.532] Для грубой оценки положения точки перехода на крыловом профиле с гладкой поверхностью в практически наиболее интересной области значений рейнольдсовых чисел 10 —10 можно рекомендовать выбирать за положение точки перехода точку минимума давления. [c.532] На рис. 202 приведены кривые влияния интенсивности турбулентности внешнего потока е на местное рейнольдсово число Re = U ox/v, составленное для абсцисс точек, отделяющих ламинарный участок пограничного слоя на продольно обтекаемой пластине от переходной области и области развитого турбулентного движения в пограничном слое. Как можно судить по этим кривым, при интенсивности турбулентности внешнего потока, не превосходящей 0,1%, границы ламинарного и турбулентного участков пограничного слоя не зависят от интенсивности турбулентности внешнего потока. [c.533] С возрастанием интенсивности турбулентности внешнего потока преимущественное значение приобретает вторая причина — влияние внешних возмущений. Из рис. 202 отчетливо видно, как с возрастанием интенсивности турбулентности внешнего потока значения рейнольдсовых чисел на границах переходной области начинают резко снижаться, размер ламинарного участка уменьшается почти вдвое при сохранении интенсивности в сравнительно узких пределах (до 0,36%). В обычных аэродинамических трубах интенсивности турбулентности могут достигать 1%, а в других случаях, как, например, в проточной части турбины или компрессора, и значительно больших уровней. При этом ламинарные участки на поверхности обтекаемых тел (крыловые профили, лопатки рабочего колеса) становятся совершенно незначительными. Наоборот, при движении тела сквозь покоящуюся жидкость (самолет в спокойной атмосфере и др.) интенсивность турбулентности набегающего потока может быть очень малой и ламинарный участок по своей протяженности окажется значительным. Обращает на себя также внимание наличие заметной области перехода, которым при детальном расчете пограничного слоя нельзя пренебрегать. [c.533] График на рис. 204 выражает связь между безразмерной величиной абсциссы точки перехода ламинарного слоя в турбулентный на поверхности эллиптического цилиндра и параметром Тэйлора ), представляющим произведение интенсивности турбулентности на корень пятой степени из отношения характерного размера тела О к масштабу турбулентности Ь. Из этого графика видно, что при малых значениях параметра Тэйлора внешние возмущения слабо влияют на размер ламинарного участка слоя здесь все определяется внутренней устойчивостью движения в слое. При сравнительно больших значениях параметра это влияние резко усиливается — длина ламинарного участка быстро сокращается. [c.534] Как было отмечено в предыдущей главе, кривизна поверхности при малых отношениях толщины ламинарного пограничного слоя к радиусу кривизны сказывается только через скорость внешнего потока. Можно отметить, что на вогнутых поверхностях даже сравнительно малая кривизна поверхности оказывает существенное влияние на переход. На выпуклых поверхностях такое влияние незаметно явление перехода происходит так же, как и на пластине с соответствующим распределением давлений. [c.535] Большой практический интерес представляет вопрос о влиянии состояния (обработки) поверхности на положение точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. [c.535] Вернуться к основной статье