ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Литература к главе из "Теория пограничного слоя " Это значение является нижней границей критического числа Рейнольдса при меньших числах Рейнольдса турбулентное течение не может существовать даже при сильных возмущениях. [c.48] При турбулентном течении в трубе падение давления вдоль трубы пропорционально приближенно второй степени средней скорости течения. [c.48] Следовательно, при турбулентном течении для протекания через трубу определенного количества жидкости требуется значительно больший перепад давления, чем при ламинарном течении. Это вполне понятно, так как турбулентное перемешивание приводит к значительному рассеянию энергии, а потому и к значительному увеличению сопротивления. Далее, при турбулентном течении распределение скоростей в поперечном сечении получается значительно более равномерным, чем при ламинарном течении. И эта особенность турбулентного течения связана с перемешиванием жидкости, вызываюш,им обмен импульсами между слоями, близкими к середине трубы, и слоями, прилегаюш,ими к стенке. В технических условиях преобладаюш,ая часть движений жидкости в трубах происходит при весьма больших числах Рейнольдса, следовательно, эти течения являются турбулентными. [c.49] Таким образом, при течении вдоль пластины пограничный слой вблизи ее передней кромки остается ламинарным и только на некотором расстоянии л кр от переднего края становится турбулентным. Расстояние определяется указанным выше критическим числом Рейнольдса Рвх кр- Подобно тому, как для трубы критическое число Рейнольдса, после достижения которого все течение в трубе из ламинарного делается турбулентным, сильно зависит от степени возмущения течения при входе в трубу, так и для пластины критическое число Рвх кр определяющее переход течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, сильно зависит от степени возмущения внешнего течения. Значение Рвх кр = = 3,2 10 следует рассматривать как нижнюю границу критического числа Рейнольдса. [c.50] Путем особенно тщательного предохранения внешнего течения от возмущений удалось достигнуть для критического числа Рвх кр значений до 3 Ю . [c.50] Как мы увидим подробнее ниже, на положение точки отрыва пограничного слоя решающее влияние оказывает распределение давления во внешнем потоке. В области понижения давления, простирающейся от передней точки тела до того места, где давление имеет минимальное значение, пограничный слой ламинарный в начинающейся же затем области повышения давления пограничный слой обычно турбулентный. Необходимо отметить следующее весьма важное обстоятельство в общем случае отрыв пограничного слоя может быть предотвращен только при турбулентном течении в пограничном слое. Ниже будет показано, что ламинарный пограничный слой может преодолеть лишь чрезвычайно небольшое повышение давления и поэтому он обычно отрывается, даже если обтекаемое тело очень тонкое. В частности, такой отрыв происходит и в случае обтекания крыла при распределении давления, изображенном на рис. 1.13, причем опасность отрыва наиболее велика на подсасывающей (верхней) стороне профиля. При таком распределении давления гладкое безотрывное обтекание крыла, которое является необходимым условием возникновения подъемной] силы, возможно только при турбулентном пограничном слое. [c.51] Таким образом, подытоживая все сказанное, мы можем утверждать, что причиной малой величины лобового сопротивления тонких тел и возникновения подъемной силы крыловых профилей является, как правило, турбулентная форма течения в пограничном слое. [c.51] Способы предотвращения отрыва пограничного слоя. Отрыв пограничного слоя обычно нежелателен, так как он влечет за собой большие потери энергии поэтому были придуманы различные способы, позволяющие искусственным путем воспрепятствовать отрыву пограничного слоя. С физической точки зрения наиболее простым способом предотвращения отрыва было бы уменьшение разности между скоростями внешнего потока и обтекаемой стенки путем приведения стенки в движение в направлении течения. Такой способ, как показал Л. Прандтль ) на примере вращающегося круглого цилиндра, весьма эффективен, однако в общем случае его трудно осуществить в технических условиях. На той стороне цилиндра, где вращающаяся стенка движется в одном направлении с внешним потоком, не получается никакого отрыва пограничного слоя. Но и на другой стороне цилиндра, на которой стенка и внешний поток движутся в противоположных направлениях, отрыв получается очень незначительным. В результате около вращающегося цилиндра возникает течение с циркуляцией и большой поперечной силой, которое с большой степенью приближения можно рассматривать как течение без трения. [c.52] Закончив на этом описание основных физических явлений, возникающих при течениях с очень малой вязкостью, и изложив тем самым в самых кратких чертах теорию пограничного слоя, мы перейдем в следующих главах к построению рациональной теории этих явлений на основе уравнений движения вязкой жидкости. В настоящей части книги (в главе III) мы составим общие уравнения движения Навье — Стокса, а во второй части сначала выведем из уравнений Навье — Стокса путем упрощений, вытекающих из предположения о малой величине вязкости, уравнения Прандтля для пограничного слоя, а затем перейдем к интегрированию этих уравнений для ламинарного пограничного слоя. Далее, в третьей части книги, мы рассмотрим проблему возникновения турбулентности (переход от ламинарного течения к турбулентному) с точки зрений теории устойчивости ламинарного течения. Наконец, в четвертой части книги мы изложим теорию пограничного слоя для вполне развившегося турбулентного течения. Теорию ламинарного пограничного слоя можно построить чисто дедуктивным путем, исходя из дифференциальных уравнений Навье — Стокса для движения вязкой жидкости. Для теории турбулентного пограничного слоя такое дедуктивное построение до сегодняшнего дня невозможно, так как механизм турбулентного течения вследствие его большой сложности недоступен чисто теоретическому исследованию. В связи с этим при изучении турбулентных течений приходится в широкой мере опираться на экспериментальные результаты, и поэтому теория турбулентного пограничного слоя является, вообще говоря, полуэмпирической. [c.53] Вернуться к основной статье