ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Отрыв пограничного слоя и образование вихрей из "Теория пограничного слоя " Изложению математической теории пограничного слоя, являющемуся целью настоящей книги, мы посвятим следующие главы. В этой же главе мы коротко остановимся лишь ла основных понятиях теории пограничного слоя, причем разъясним их только с чисто физической точки зрения без применения математических методов. [c.37] Жидкость, заторможенная в пограничном слое, не во всех случаях прилегает ко всей обтекаемой стенке тела в виде тонкого слоя. Бывают случаи, когда пограничный слой сильно утолщается вниз по течению и при этом в нем возникает возвратное течение. Это влечет за собой вынос жидкости, заторможенной в пограничном слое, во внешнее течение, вследствие чего последнее оттесняется от тела. В таких случаях говорят, что пограничный слой отрывается от тела. Отрыв пограничного слоя всегда связан с сильным образованием вихрей и с большой потерей энергии на кормовой части обтекаемого тела. Эти явления наблюдаются в первую очередь у плохо обтекаемых, тел, например у круглого цилиндра и шара. В результате за кормо-вой частью таких тел образуется область сильно замедленного течения (так называемая застойная область), в которой распределение давления сильно отличается от распределения давления, соответствующего течению без трения (это ясно видно из рис. 1.9 и 1.10, изображающих распределение давле-.ния для круглого цилиндра и шара). Именно это измененное, по сравнению со случаем идеальной жидкости, распределение давления, связанное с отрывом пограничного слоя, и является причиной большого сопротивления плохо обтекаемых тел. [c.37] Таким образом, сопротивление трения при ламинарном теченцн пропорционально И Пропорциональность сопротивления величине / / , а не Z легко понять в самом деле, если мы удвоим длину пластины, то это отнюдь не повлечет за собой удвоения сопротивления, так как толщина пограничного слоя на задней половине пластины (удлиненной в два раза) больше, чем на передней половине, вследствие чего сопротивление трения для задней половины пластины меньше, чем для передней половины. [c.39] Толщина вытеснения есть не что иное, как расстояние, на которое отодвигаются от тела линии тока внешнего течения вследствие образования пограничного слоя (вытесняющее действие пограничного слоя). Для пластины, обтекаемой вдоль своей плоскости, толщина вытеснения 61 равна приблизительно 1/3 от толщины пограничного слоя б, определяемой формулой (2.1а). [c.40] С характером распределения давления в пограничном слое тесно связано упомянутое выше явление отрыва пограничного слоя от стенки. Однако пограничный слой, образующийся при продольном обтекании плоской пластины, не отрывается от нее, так как в таком пограничном слое не возникает возвратного течения. [c.41] На некотором расстоянии позади обтекаемого тела образуется правильная последовательность вихрей, вращающихся попеременно вправо и влево. [c.42] Ширина к вихревой дорожки и отношение и и должны быть определены из опыта. [c.43] Для цилиндров с небольшим диаметром и при умеренных скоростях обтекания частота отрыва вихрей лежит в области частот звуковых колебаний. Именно этим объясняется гудение телеграфных проводов при ветре. [c.44] При скорости ветра V = 10 м/сек и при диаметре провода В 2 мм получается частота п = 0,21 -10/0,002 = 1050 сек . Этим значениям V и В соответствует число Рейнольдса Ре 1200. [c.44] Теории вихревых дорожек Кармана посвящены работы Ц. Ц. Линя [ 1 и У. Домма [ ]. [c.44] Картина линий тока в пограничном слое вблизи точки отрыва имеет вид, примерно изображенный на рис. 2.10. Вследствие возвратного течения вблизи стенки возникает очень сильное утолщение пограничного слоя, что влечет за собой вынос жидкости из пограничного слоя во внешнее течение. В точке отрыва начинается одна из линий тока, образующая определенный угол со стенкой. В этой точке градиент скорости в направлении, перпендикулярном 1С стенке, равен нулю, т. е. [c.45] ТеоретЕСчески положение точки отрыва на поверхности обтекаемого тела может быть определено только посредством точного расчета, -а именно путем интегрирования дифференциальных уравнений пограничного слоя. [c.45] Отрыв потока, только что рассмотренный для случая обтекания круглого цилиндра, возникает также при течении жидкости в канале, резко расширяющемся в направлении течения (рис. 2.11). До достижения жидкостью самого узкого поперечного сечения давление в направлении течения понижается. [c.45] В этой части канала поток полностью прилегает к стенкам совершенно так же, как и при течении без трения. [c.45] Отрыв пограничного слоя играет важную роль также при возникновении подъемной силы крыла. При небольших углах атаки (примерно до 10°) обтекание обеих сторон крыла происходит без отрыва (рис. 2.17, а) поэтому такое обтекание с весьма хорошим приближением можно рассматривать как течение без трения, создающее достаточно большую подъемную силу при малом лобовом сопротивлении (соответствующее распределение давления изображено на рис. 1.13). При увеличении угла атаки возникает опасность отрыва на подсасывающей стороне профиля, так как теперь возрастание давления по мере удаления от носика профиля происходит более резко. При некотором определенном угле атаки, равном приблизительно 15°, отрыв обязательно наступает, причем точка отрыва лежит немного позади носика профиля. Между оторвавшимся течением и поверхностью крыла образуется большая застойная область, заполненная вихрями (рис. 2.17, б). [c.47] В результате течение, которое до возникновения отрыва происходило почти без трения и давало очень незначительное лобовое сопротивление, дает теперь весьма большое лобовое сопротивление. Начало отрыва течения совпадает примерно с достижением подъемной силой крыла своего наибольшего значения. [c.48] Вернуться к основной статье