Градиент давления, действие на пограничный слой отрыве

Установлено, что на высотах порядка 2+ = 2,5... 10 (индексом плюс обозначаются длины, измеренные в единицах v/w, где и — скорость трения на стенке, о которой будет идти речь в п. 6.2) в вязком подслое под действием упомянутых выше продольных вихрей в ложбинах поперечных волн (минимумах продольной скорости) образуются ручейки замедленной жидкости шириной 6 4. = 10... 30 с поперечным расстоянием между ними порядка Л + 100, которые движутся по течению, медленно всплывая под действием продольных вихрей (см. на рис. 2.5 пример поля водородных пузырьков, генерируемых горизонтальной поперечной нитью на высоте z+ = 4,5). Такой ручеек ведет себя как миниатюрный пограничный слой и под действием отрицательного градиента давления, создаваемого проплывающим над ним вихрем с поперечной осью (о котором см. ниже), отрывается, перемещается вверх и проникает в быстрее текущую жидкость, создавая на мгновенном профиле скорости искривление с точкой перегиба (см. на рис. 2.6 пример генерированных вертикальной нитью пузырьковых изохрон). После этого на ручейке на высотах 2+ = 8... 12 возникают колебания, и вскоре его конец взрывается (преимущественно на высотах [c.75]

Отрыв пограничного слоя происходит в том случае, когда движение частиц жидкости в пограничном слое в такой степени замедляется под действием сил инерции, что течение вблизи поверхности меняет свое направление на противоположное. Эти эффекты торможения возникают из-за наличия в потоке положительных градиентов давления (градиентов противодавления). Такие значительные положительные градиенты давления, как те, которые могут возникнуть, например, при обтекании угла плохообтекаемого тела, приводят к отрыву потока. Посредством процессов, которые еще недостаточно ясны, отделившиеся слои образуют дискретные вихри, распространяющиеся в спутной струе позади плохообтекаемого тела (рис. 4.6). Естественно, что особенности этого течения в значительной степени зависят от числа Рейнольдса. [c.103]

Основное отличие гидродинамики трехмерного течения в пограничном слое от двумерного заключается в появлении поперечного, или, как его еще называют, вторичного течения. Линии тока внешнего идеального течения на поверхности тела искривлены. Внутри пограничного слоя существует градиент давления, перпендикулярный к линиям тока внешнего течения, наряду с градиентом давления вдоль этих линий. При обычных предположениях теории пограничного слоя давление поперек пограничного слоя постоянно, т. е. совпадает со значением на внешней границе пограничного слоя. Так как скорость в пограничном слое уменьшается по мере приближения к поверхности тела, центробежные силы, действующие против сил давления, уменьшаются вблизи стенки. Поэтому результирующее направление линий тока внутри пограничного слоя отличается от направления на внешней границе. Поперечный градиент давления создает поперечный поток и вызывает поперечные напряжения. Внутри пограничного слоя развивается вторичное течение, направленное в центр кривизны внешних линий тока. Поперечное течение может изменить свое направление по отношению к линии тока внешнего течения внутри пограничного слоя. Если поперечное течение имеет различное направление по отношению к линии тока на разном расстоянии от поверхности тела, то образуются 5-образные профили поперечной скорости. Изменение направления течения в различных сечениях приводит к значительному усложнению картины течения в пограничном слое. Небольшое поперечное течение вызывает сильное изменение характера потока в пограничном слое при положительном градиенте давления. Из-за вязких сил течение вблизи тела значительно ослабевает и поперечное течение может увлечь за собой весь поток, что и происходит вблизи линии отрыва . [c.134]

Простая модель обтекания клина при сверхзвуковой скорости, изображенная на фиг. 26, была предложена Гэддом [26] для физического объяснения явления. На этой фигуре и Л обозначают соответственно точки отрыва и последующего присоединения. Нарастание пограничного слоя зависит от интенсивности положительного градиента давления, действующего на пограничный слой, а распределение давления определяется простой волной сжатия, обусловленной утолщением пограничного слоя. Теплопередача оказывает влияние на равновесие между этими двумя процессами. При охлаждении стенки выше области взаимодействия, несмотря- на постоянное давление, профиль скорости становится более полным, а пограничный слой более тонким, как показано на фиг. 27. [c.38]

На участке СК dpidx > О и частицы движутся в направлении возрастания давления. В идеальной жидкости это приводит лишь к убыванию кинетической энергии и восстановлению полного давления, достигаемого в точке Ki- В реальной жидкости часть кинетической энергии затрачивается на компенсацию работы сил трения, оказывающих тормозящее действие. В связи с этим частицы, двигавшиеся в пограничном слое и имевшие малый запас кинетической энергии, начиная с некоторого сечения, проходящего через точку О (рис. 8.27), не могут уже преодолевать совокупное действие обратного перепада давления и трения — они в этом сечении останавливаются, а частицы, двигающиеся по более удаленным от тела траекториям, отклоняются в сторону внешнего потока. Часть жидкости, расположенная ниже точки О, под действием положительного градиента давления получает возвратное движение. Это явление и называют отрывом пограничного слоя. [c.348]

Итак, отрыв пограничного слоя обусловлен совокупным действием положительного градиента давления и вязкого пристенного трения. При отсутствии одного из этих факторов отрыва не происходит. Весьма наглядно это было продемонстрировано Г. Феттингером, результаты опытов которого показаны на рис, 8.28. Были исследованы и сопоставлены два течения вязкой жидкости, вблизи плоской стенки, поставленной нормально к потоку. В первом из них (рис. 8.28, а) вблизи критической точки поток свободно растекался в обе стороны. Несмотря на наличие положительного градиента давления, на участках линий тока перед критической точкой отрыва не возникало, поскольку здесь отсутствовало тормозящее влияние стенки. На участках линий тока за критической точкой движение происходило вдоль стенки, [c.349]

Рассмотрим в качестве примера потенциальное бесциркуляционное обтекание круглого цилиндра ( 4 гл. 7). Начиная от передней критической точки /<1, давление убывает dpldx < 0), а скорость возрастает вплоть до точки С, за которой начинается обратное изменение давления и скорости. Жидкие частицы на участках пути вблизи границы Ki испытывают ускорение, обусловленное падением давления в направлении движения, и их кинетическая энергия возрастает. В идеальной жидкости этому ускорению ничто не препятствует, но в реальной движение тормозится трением, развивающимся благодаря прилипанию жидкости к твердой поверхности и образованию пограничного слоя. Все же благодаря прямому перепаду давления ускорение в нем наблюдается, по крайней мере, до точки С. Иначе обстоит дело на участках С/<2. Здесь dpldx > 0 и частицам приходится двигаться против нарастающего давления, В идеальной жидкости это приводит лишь к убыванию кинетической энергии и восстановлению полного давления, достигаемого в точке К2- В реальной жидкости часть кинетической энергии должна быть затрачена еще на компенсацию работы сил трения, оказывающих тормозящее действие. В связи с этим частицы, двигавшиеся в пограничном слое и имевшие малый запас кинетической энергии, начиная с некоторой точки О (рис. 186), не могут уже преодолевать совокупное действие обратного перепада давления и трения они в этом сечении останавливаются, а частицы, двигающиеся по более удаленным от тела траекториям, отклоняются в сторону внешнего потока. Часть жидкости, расположенная ниже точки О, под действием обратного градиента давления получает возвратное движение. Это явление и называют отрывом пограничного слоя. Структура течения и конфигурация линий тока вблизи точки отрыва показаны ка рис. 186. [c.382]

Итак, мы видели, что отрыв пограничного слоя обусловлен совокупным действием положительного градиента давления и вязкостного пристенного трения. При отсутствии одного из этих факторов отрыва не происходит. Весьма наглядно это было продемонстрировано Фёттингером, результаты опытов которого показаны на рис. 187, Были исследованы и сопоставлены два потока вязкой жидкости, натекарощнх на плоскую стенку, поставленную нормально к потоку. [c.383]

На рис. 9-23 показано сравнение экспериментальных значений Н и о с расчетными, а также изменение по обтекаемой поверхности расчетных значений С) (в опытах коэффициент трения не измерялся) при М оа — 3. Конечное число Маха составляло 1,9 поток замедлялся па протяжении 10 толщин пограничного слоя. Входящий в интегральные уравнения градиент давления определялся по измеренному распределению давления по длине стенки. Расчет дает удовлетворительное согласование с опытом для большей части области сверхзвукового течения расхождение наблюдается вниз по течению к концу криволинейной поверхности, что, по-впдимому, является результатом действия поперечных градиентов давления, возникающих под влиянием сильного изменения скорости сверхзвукового потока. Доказательством надежности рассматриваемого расчетного метода является и тот факт, что в полном соответствии с данными измерений расчет показывает отсутствие отрыва пограничного слоя. С другой стороны, предложенные в [Л. 162, 197, 232] методы расчета показывают, что в этих условиях течения должен наступить отрыв пограничного слоя или по крайней мере предотрывное состояние. [c.259]

Иллингворт [44] предложил приближенное аналитическое решение для отрыва ламинарного пограничного слоя газа с учетом теплообмена и переменных скорости внешнего течения и температуры стенки, но в примерах, к которым приложим излагаемый здесь метод, рассматривается только случай постоянной температуры стенки. Градиент давления вызывает отрыв, а также уменьшение или увеличение толщины пограничного слоя в основном путем воздействия на газ вблизи стенки. Его действие усиливается, только если температура газа выше и, следовательно, он легче, чем в основном потоке. Этот эффект соответственно ослабляется, если отношение температуры в потоке к температуре стенки больше единицы. [c.117]

Так называемый эффект заполнения сетки достаточен для предотвращения отрыва или же присоединения оторвавшегося потока даже в случае сильно развитого отрыва потока в диффузоре. Заполнение подразумевает использование всего объема диффузора либо вследствие выбора формы диффузора, либо благодаря действию сетки. В этом смысле заполнение означает отсутствие отрыва, поэтому условие заполнения можно определить как подобие распределения скорости в каждом сечении диффузора ее распределению на входе. Согласно исследованию Шубауэра и Шпан-генберга [31], при дозвуковых скоростях отклонение потока сетками к стенкам сопровождается увеличением градиента скорости и напряжения трения на стенке. Процесс обтекания сетки тесно связан с процессами в турбулентном пограничном слое, и сетка может предотвратить отрыв либо за счет увеличения градиента скорости по нормали к стенке, либо за счет уменьшения градиента давления вдоль стенки, либо за счет этих обоих эффектов. [c.212]

Из формулы (102) следует, что знак приращения скорости в пограничном слое будет таким же, как и во внещнем потоке, а интенсивность приращения определяется отнощением Мо/ . Как видно, при изменении скорости внешнего потока скорости в пограничном слое изменяются тем больше, чем меньше скорость в рассматриваемой точке пограничного слоя. Поскольку изменение скорости внешнего потока вызывает соответствующие изменения давления, то часто говорят о влиянии интенсивности изменения (градиента) давления на формирование пограничного слоя. В сходящемся потоке имеет место отрицательный градиент давления, т. е. Ар < О, а Аио > О, поэтому в таком потоке профиль скорости в пограничном слое по длине становится все более наполненным. В расходящемся потоке существует положительный градиент давления, т. е. Ар > О, а Аио < О, поэтому по длине пограничного слоя профиль скорости становится менее наполненным. Градиент скорости по нормали к поверхности, а следовательно, и напряжение трения по длине такого слоя убывают до тех пор, пока в некоторой точке 5 поверхности не станут равными нулю (рис. 21, а). В этой точке происходит отрыв пограничного слоя от поверхности. Ниже точки отрыва под действием обратного перепада давления вдоль поверхности возникает возвратное течение. [c.79]

Указанные несоответствия объясняются тем, что, как бы мала ни была роль трения вдалеке от омываемой поверхности, вблизи последней силы вязкости становятся соизмеримыми с инерционными, а на самой поверхности действуют исключительно вязкие силы, которым может противостоять только градиент давления. Тонкая зона, внутри которой скорости относительно поверхности резко падают до нуля и где все более преобладающее значение получают силы, тормозящие движение, называется динамическим пограничным слоем. Закономерности развития пограничного слоя таковы, что в условиях возрастающего вниз по течению давления он теряет способность стелиться вдоль поверхности и отрывается от нее, уступая место вихревым образованиям в кормовой области тела. Не касаясь всей картины течения в целом, мы будем рассматривать явления безотрывного обтекания пограничного слоя. Таким образом, предметом нашего расслютрения будут тела хорошо обтекаемой формы. Плохо обтекаемые тела только в некоторой своей части могут рассматриваться в теории пограничного слоя. [c.100]

Отрицательное влияние пограничного слоя на эффективность неголовных диффузоров значительно сильнее, чем на эффективность лобовых. Проникновение пограничного слоя, нарастающего на фюзеляже, в диффузор может привести к большим потерям давления вследствие отрыва пограничного слоя под действием положительного градиента давления. Поэтому при применении неголовных диффузоров, как правило, предусматриваются устройства для управления пограничным слоем, о необходимости которых свидетельствуют следующие экспериментальные данные. При испытаниях полукруглого диффузора [2] при Мн=1,88 вследствие потерь, вызванных проникновением пограничного слоя на фюзеляже внутрь входа, коэффициент огд получился равным 0,715, в то время как при Наличии управления пограничным слоем сгд этого диффузора может равняться 0,89. Для плоского диффузора во время испытаний при Мп=2,9 [9] получены следующие максимальные значения коэффициентов 0д без отсоса пограничного слоя 0,6, с отсосом пограничного слоя 0,7 (теоретическое значение огд для этого диффузора при и=2,9 равно 0,757). Однако введение системы управления погра иичным слоем приводит к возникновению дополнительного сопротивления, которое необходимо учитывать при оценке эффективно-" и диффузора и двигателя в целом. Величина дополнительного [c.75]

К настоящему времени, начиная с работ [1,2], хорошо изучено влияние малых пространственных неровностей на течение в двумерном пограничном слое, а также и в трехмерном пограничном слое, когда обе составляющие безразмерного поверхностного трения принимают вблизи неровности конечные значения (см. библиографию в [3-7]). Представляет интерес рассмотреть течения, в которых локальная неровность ориентирована таким образом, что в приходящем к ней пограничном слое, находящемся под действием внешнего градиента давления, одна из составляющих поверхностного трения мала, т.е. соответствующий профиль скорости является предотрывным или содержит слабые противотоки. В данной работе изучается один из возможных режимов такого обтекания, когда в масштабах неровности реализуется квазидвумерное течение с заданным распределением давления, определяемым одновременно формой неровности и течением в целом. В этом случае происходит зарождение отрыва в малой окрестности изолированной точки нулевого поверхностного трения. [c.123]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...