Вихревая дорожка

Вторая основная задача связана с исследованием динамической устойчивости стержней в потоке и определением критических скоростей потока. Комплексные собственные значения позволяют выяснить возможное поведение стержня при возникающих свободных колебаниях во всем диапазоне скоростей потока (от нуля до критического значения) и тем самым ответить на вопрос, какая потеря устойчивости (с ростом скорости потока) наступит, статическая (дивергенция) или динамическая (флаттер). Задачи динамической неустойчивости типа флаттера подразумевают потенциальное (без срывов) обтекание стержня (рис. 8.1,а), что имеет место только в определенном диапазоне чисел Рейнольдса. Возможны и режимы обтекания с отрывом потока и образованием за стержнем вихревой дорожки Кармана (рис. 8.1,6). Вихри срываются попеременно с поверхности стержня, резко изменяя распределение давления, действующего на стержень, что приводит к появлению периодической силы (силы Кармана), перпендикулярной направлению вектора скорости потока. [c.234]

Поскольку сопротивление давления определяется только распределением давления по поверхности тела, естественно попытаться в рамках теории идеальной жидкости построить такую схему течения, которая давала бы теоретическое распределение, близкое к действительному. Схема безотрывного обтекания круглого цилиндра потенциальным потоком, рассмотренная в гл. 7, дает удовлетворительный результат только для лобовой части поверхности цилиндра, а на тыльной ее стороне теоретическое и опытное распределения давлений резко расходятся, причем теория приводит к парадоксу Даламбера. Схема отрывного обтекания (Кирхгофа), как отмечено выше, дает более точный результат по распределению скорости, однако расчетное сопротивление при этом почти в 2 раза меньше действительного. Хорошая согласованность теоретических и экспериментальных результатов получается при использовании схемы так называемой вихревой дорожки Кармана, согласно которой за обтекаемым телом образуется полоса, заполненная дискретными вихрями, расположенными в шахматном порядке (рис. 10.3). При определенном соотношении расстояний между вихрями эта дорожка является устойчивой и с помощью уравнения импульсов можно найти теоретическое значение вихревого сопротивления. [c.393]

На рис. 10.4 показана теоретическая конфигурация линий тока для такой вихревой дорожки, а на рис. 10.5 — фотография такого же течения, полученная в опытах при обтекании круглого цилиндра с числом Re = vgd/v =я 250, где d — диаметр цилиндра. При этом режиме течение становится нестационарным, с верхней и нижней кромки обтекаемого тела попеременно срываются крупные вихри, которые, перемещаясь по течению, образуют вихревую дорожку . Коэффициенты сопротивления, полученные теоретически с использованием схемы вихревой дорожки за круглым цилиндром и пластиной с достаточной степенью точности совпадают с результатами опытов (погрешность для цилиндра составляет 1,1 %f для пластины 9,4 %). [c.393]

Рио. 10.4. Теоретическая конфигурация линий тока в вихревой дорожке [c.394]

Однако структура потока типа вихревой дорожки существует в относительно узком диапазоне чисел Re. При увеличении Re картина течения в следе изменяется. Тем не менее дальнейшее развитие теории идеальной жидкости и применение вычислительной техники позволили достаточно надежно рассчитывать не только сопротивление давления при обтекании простейших цилиндрических тел, но решать гораздо более трудные задачи (например, нестационарные обтекания крыловых поверхностей сложных конфигураций [2]). [c.394]

PH, отрываются от поверхности тела и сносятся в аэродинамический след. Таким образом, возникает течение с. отрывом пограничного слоя и появление в аэродинамическом следе цепочки вихрей такая последовательность вихрей носит название вихревой дорожки Кармана (рис. 77). [c.125]

Процесс образования вихрей является автоколебательным процессом, обусловливаемым размерами тела, величиной и направлением вектора скорости обтекающего потока, а также вязкостью среды. На некотором расстоянии от препятствия вихревой слой распадается на отдельные вихри, срывающиеся поочередно с двух сторон тела и образующие за препятствием вихревую дорожку Кармана. Образование вихрей зависит от лобового сопротивления препятствия, так как при обтекании его возникает переменная по знаку сила, перпендикулярная направлению основного потока. [c.150]

При обтекании тела вязким потоком за ним образуются вихри. Они за счет энергии потока постепенно увеличиваются в размере и по достижении определенной (критической) величины отрываются от тела. При достаточно больших числах Re (10 - -10 ) вихри отрываются поочередно с двух сторон от тела и образуется регулярная вихревая дорожка Кармана [104]. При отрыве вихря на теле возникает импульс силы, который приводит к образованию вибрации и шума. [c.168]

Рассмотренная схема образования вибрации и шума предполагает существование регулярной вихревой дорожки Кармана. Однако в действительности значения чисел Re в лопастных насосах больше вышеуказанных и регулярной дорожки Кармана может не быть, кроме того, характерные скорости и размеры меняются от сечения к сечению лопасти. Поэтому спектр вибрации от вихреобразования в лопастном аппарате становится широкополосным. [c.169]

Вихреобразования обусловлены взаимодействием рабочих элементов этих насосов (шестерен винтов, пластин) между собой и корпусом. В основном вихреобразования носят случайный характер. Вихревые дорожки вследствие высокой вязкости перекачиваемых этими насосами жидкостей появляются сравнительно редко. Спектр вибрации, вызываемой вихреобразованиями, преимущественно высокочастотный, сплошной, обычно маскируется другими более интенсивными источниками. [c.174]

Шум, возникающий при обтекании тел газовым потоком, связан с вихревой дорожкой Кармана, которая при этом образуется. Этот шум имеет основной период, зависящий от скорости потока и размеров обтекаемого тела. На практике, однако, обе эти величины зачастую не имеют постоянных значений и плавно изменяются в пространстве (например, при обтекании воздушным потоком вращающегося винта сечение потока и его относительная скорость зависят от радиуса точки наблюдения). Поэтому аэродинамический шум обычно имеет непрерывный спектр, распределенный в широком диапазоне частот. [c.265]

Результаты опытов авторы объясняют пониженной температурой внутри вихрей, рассчитанной по методу К- И. Страховича, но при адиабатном процессе. При этом циркуляция вихрей определялась в предположении, что вся завихренность потока жидкости, обтекающего пластину, локализуется в пограничном слое и переносится на дискретные вихри в следе. При этом циркуляция скорости в вихрях достаточно высока, чтобы образовалась зона пониженных давлений. При сделанных допущениях температура в вихрях настолько снижается, что наступает переохлаждение и затем интенсивная конденсация пара. Таким образом авторы объясняют повышенную концентрацию влаги в следе, несмотря на перегрев пара. Заметим, что эта оригинальная гипотеза требует подтверждения адиабатного вихревого движения пара и возможности достаточно длительного существования вихревой дорожки Кармана в сильно турбулизирован-ном потоке в турбине. [c.229]

Ниже рассмотрим гипотезу формирования импульсов давления во вращающейся решетке лишь под влиянием вихревой дорожки, имеющей недостаток скорости по сравнению с основным потоком. Эта гипотеза базируется главным образом на результатах исследований физических явлений в турбинных ступенях, проведенных в лаборатории ЛПИ [2, 3]. [c.244]

Распространение волн сжатия и разрежения в быстро движущихся каналах под влиянием ускорений вихревой дорожки —характерная особенность течения в действующей ступени турбомашины. В этом основное отличие нестационарного потока в реальной ступени от квазистационарного потока в смещаемых относительно друг друга решетках. [c.245]

В обычных условиях работы турбинной ступени вихревая дорожка набегает на выпуклую поверхность входной кромки, где образуется волна сжатия. Аналогичные явления, но с образованием волн разрежения при сдвиге фаз и возможными срывами, происходят с другой стороны кромки во время перерезания ею струйки. По всей же поверхности входной кромки давление колеблется при резком изменении амплитуды и со сдвигом фаз, особенно при большой кривизне кромки. Рассматриваемый эффект в отличие от объемного охватывает лишь узкую зону вблизи поверхности входной кромки. [c.245]

Затем на поверхностях моделей I и II устанавливались проволочные кольца, которые вызывали местное возмущение потока, а их влияние на положение перехода наблюдалось посредством хорошо заметных тонких струек белых чернил, непрерывно вытекающих из отверстия, расположенного перед проволочным кольцом. Каждое проволочное кольцо располагалось в ламинарном потоке в плоскости, нормальной к оси модели. Изменения в потоке пограничного слоя перед и за проволокой с увеличением скорости регистрировались поведением тонких струек чернил. При данной скорости их поведение зависело от диаметра и положения проволоки. При малых скоростях струйка чернил плавно обтекает проволоку, не образуя кильватера. С увеличением скорости за проволокой образовывались локальные вихри. Вначале эти вихри были довольно устойчивыми, однако с увеличением скорости они приобретали спиральное движение по периферии проволоки и вливались непрерывно или прерывисто в пограничный слой в виде слабой вторичной тонкой полоски чернил. При более высоких скоростях вращательное движение пропадало, образовавшиеся ранее вихри вытягивались, а их концы переходили в вихревую дорожку. С приближением к зоне перехода на некотором расстоянии за проволокой струйки чернил приобретают незначительное колебание и временно отрываются от поверхности. В пре- [c.130]

Для детальных расчетов важное значение имеет дисперсность влаги по сечениям. Дисперсность влаги но высоте турбинной ступени в большой степени зависит от места и форм образования влаги в проточной части турбины. Так, например, если влага образовалась в данной ступени в результате возникновения скачка конденсации, размер частиц при различных давлениях и градиентах расширения будет находиться в пределах (0,5 -<2)-10" м. Если влага образовалась в вихревых дорожках, [c.291]

Результаты экспериментальных и теоретических исследований возникновения жидкой фазы рассматриваются в гл. 2. Основное внимание здесь уделяется нестационарным явлениям при спонтанной конденсации пара и возникновению жидкой фазы в вихревых кромочных следах сопловых и рабочих решеток. Показано, что при дозвуковых скоростях переохлажденного пара конденсация в вихревых дорожках играет определяющую роль. [c.5]

Необходимо отметить, что данные различных исследователей по определению частоты срыва вихрей при обтекании пластин существенно различаются. Это объясняется влиянием формы обтекаемых тел, режимных параметров и различной точностью методов измерения. Тем не менее для многих практических расчетов необходимые параметры могут быть приняты следующими число Струхаля Sh 0,20-b<3,25 скорость вихрей w 0,85m)oo ширина вихревой дорожки Ь 0,31 (в начальный момент скорость вихрей v будет существенно меньше, может быть принята равной 0,3i oo). [c.40]

Следует отметить, что приведенные опытные данные по влиянию переохлаждения на экономичность недостаточно точны, так как ряд параметров не выдерживался постоянным. Это прежде всего относится к числу Re, которое менялось с изменением начальной температуры. Правда, абсолютные значения чисел Re превышали 5-10 т. е. были близки к зоне практической автомодельности. Тем не менее совпадение опытных точек с теоретической кривой можно признать удовлетворительным. Здесь, однако, необходимо отметить, что перенос потерь от переохлаждения, полученных при и/со=0, на другие значения и/со возможен только при учете изменения реактивности ступени. Действительно, с ростом ц/со увеличивается р и, следовательно, при прочих равных условиях меняются параметры в зазоре в кромочных следах сопловых решеток, что вызывает конденсацию пара в вихревых дорожках и па поверхностях рабочих решеток. [c.96]

Столь сложный характер рассматриваемой зависимости объясняется изменением соотношения между сопротивлением трения и сопротивлением давления при изменении Re. При очень малых Re обтекание цилиндра происходит практически без отрыва потока от его поверхности. Влияние вязкости распространяется на большое расстояние от поверхности обтекаемого тела, и основную роль играет сопротивление трения. С ростом Re действие вязкости локализуется в пристеночной области и появляются вихревые образования в кормовой области. При обтекании цилиндра в потоке за ним устанавливается дорожка вихрей, центры которых располагаются в шахматном порядке. Эта дорожка вихрей исследовалась Карманом, и ее обычно называют вихревой дорожкой Кармана. [c.188]

Отсутствие парных слияний индуцированных звуком кольцевых вихрей в рассмотренных в настоящем параграфе случаях, по-видимому, может быть объяснена большой интенсивностью этих вихрей. Аналогичный эффект, как известно, наблюдается в вихревой дорожке Кармана при отрывном обтекании цилиндра, где также отсутствуют парные слияния плоских вихревых жгутов[4.2]. [c.138]

Изучение большого числа двумерных задач на ЭВМ подтвердило, что эт и решения обладают высокой устойчивостью. Во-первых, вихревые структуры, в том числе вихревые дорожки при больших т, суммарные и распределенные аэродинамические характеристики повторялись в расчетах разных авторов с точностью, которую обеспечивает использованная ЭВМ. Во-вторых, незначительные сбои в счете, например искажения координат и величин циркуляций 1-2 дискретных вихрей в следе, не приводили к существенному искажению последующего решения и всегда носили локальный характер. В-третьих, при расчете строго симметричных течений, например обтекания пластины [c.77]

Численное решение [13] системы уравнений (13.22) и (13.23), очевидно, может быть получено при помощи пошаговой (относительно времени) схемы, для которой дискретизация выполняется так же, как это описано в предыдущих главах. При этом значения скорости и завихренности, известные в момент времени t— А/, принимаемый за начальный временной слой для уравнения (13.23), используются для вычисления нового набора значений завихренности в момент времени t. Эти значения w(r, t) в вихревых объемных ячейках затем используются для вычисления при помощи уравнения (13.22) скорости u(r о, t) в произвольных точках области. Далее численное решение задачи продолжается таким же образом, т. е. повторением подобных циклов, моделирующих физические процессы диффузии, конвекции и образования вихрей. Этот алгоритм, разработанный By, позволяет рассчитывать нестационарные решения наряду со стационарными или периодическими (вихревые дорожки) решениями на более поздних стадиях. [c.372]

Сопротивление давления. Опыт показывает, что при увеличении скорости потока наступает такой момент, когда картина обтекания тела резко изменяется за телом появляются вихри, которые регулярно или нерегулярно отрываются от тела и уносятся потоком вдаль, образуя так называемую вихревую дорожку (рис. 10.34), растворяющуюся где-то вдалеке от тела тело и вихревая дорожка обтекаются слоистым потоком. [c.301]

По физической постановке в тесной связи с проблемами тангенциальных разрывов в жидкости находится проблема образования вихревых дорожек (кармановых дорожек) за обтекаемыми телами. Ясность, внесенная в вопрос о вихревых дорожках Т. Карманом существенно углубила представления о гидродинамике обтекания тел потоком жидкости и вихревом сопротивлении. Хотя природа возникновения кармановых дорожек кроется в вязкости жидкости, они могут моделироваться и в потоке идеальной жидкости. В такой 286 постановке их исследованию посвящено много работ. [c.286]

Вихревая дорожка. Предварительно рассмотрим струйку, у которой средняя скорость существенно отличается от скорости основного потока и ширина которой мала по сравнению с шагом решетки. В относительном движении выделенной струйки вектор скорости Wi t отличается от средней скорости основного потока Wi на величину недостатка скорости 0,5Awi = 0,5A i (рис. XIV.1). Вектор Awi разложим на две составляющие Аи)1т, параллельную вектору Wi, и Ашщ, перпендикулярную этому вектору. Эти составляющие скорости характеризуют недостаток скорости струйки в соответствующих направлениях. Скорость перпендикулярная [c.245]

Объемный эффект возникает от ускорения основным потоком массы струйки в момент ее вступления во вращающийся канал. При большой частоте вращения густой решетки недостаток скорости струйки Awir восполняется за очень короткий промежуток времени. Основной поток, чтобы продолжать свой путь в рабочем колесе, вынужден резко ускорить или замедлить массу струйки, попавшую в канал, что связано со столь же резким изменением давления по обе стороны струйки. При ускорении вихревой дорожки давление перед ней повышается из-за торможения потока, а за ней по- [c.245]

В.ЧЗКОЙ жидкости. Рассуждения, приводящие к понятию установившегося течения жидкости, неубедительны. Теория идеальной жидкости с большим успехом применяется для расчета неустановившихся течений. Потенциальные течения жидкости, математически возможны, но они могут быть неустойчивыми. Вероятно, что беспорядочные вихревые движения в слсде, теоретически вводимые при изучении течения идеальной жидкости, мало отличающегося от потенциального течения (например, течения Кармана с бесконечными вихревыми дорожками), являются удовлетворительной математической моделью процессов, наблюдаемых при больших числах Рейнольдса. Следует считать, что задачи с симметричными условиями могут и не иметь устойчивых симметричных решений. Таким образом, парадоксы теории идеальной жидкости могут являться парадоксами топологического переуп-рощения и парадоксами симметрии [4], [c.64]

BnxipH за цилиндром теперь уже не расположены стабильно, а образуются и отрываются поочередно то с одной, то с другой стороны. Это явление известно как вихревая дорожка Кармана [Л. 7] и характеризуется периодичностью образования вихрей. Карман теоретически показал, что картина расположения вихрей стабильна, если отношение поперечного расстояния между ни.ми А к продольному расстоянию I (рис. 15-7) составляет h/l=0,28. Измерения подтверждают это соотношение в ближней зоне следа, а иа больших расстояниях поперечный размер h имеет тенденцию возрастать. Особый нтерес представляют измерения частоты срыва вихрей, которая может быть выражена в виде безразмерного пара- [c.403]

Систематические расчеты показали, что по сравнению с безотрыв-m.iM обтеканием (см. рис. 4.1) на всех углах атаки при наличии отрыва на носке течение стационарным ис станови тся из-за поочередного о6-ра 1оваиия иихрей разного направления. В этом случае предельное (при больших т ) течение является периодическим, сопровождающимся образованием вихревой дорожки. [c.87]

В результате при больших т след принимает вид симметричной вихревой дорожки (рис. 4.13). Аналогичные вихревые структуры пшуча-ются и в случае набегания на пластину однородного погока, скорость которого Uo = onst и перпендикулярна пластине, а фронт составляет с ней угол, отличный от нуля. Во всех этих случаях наличие достаточно большой несимметрии (постоянной или временной, например, начальной) приводит к тому, что течение не становится симметричным, даяе если угол атаки станет равным строго 90°. С течением времени след за пластиной принимает периодический характер. Хотя процесс формирования течений в этих случаях происходит по-разному и различна его продолжительность, окончательные структуры при больших т получаются качественно одинаковыми и представляют собой шахматные вихревые дорожки. [c.94]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...