Пограничный слой трехмерного течения

Несколько случаев обтекания тел и течений в трубах и каналах, когда существует трехмерность течения, показано на рис. 10-1. В большинстве указанных случаев наблюдаются вторичные течения со скосом профиля скорости в пограничном слое. Вторичное течение, сопровождающееся скосом профиля скорости, возникает всегда, когда существует градиент давления, который имеет поперечную составляющую к направлению основного или внешнего течения. Например, в случае течения на повороте трубы в основном течении устанавливается баланс действующих сил с центробежной силой, чего не происходит в заторможенных слоях жидкости вблизи стенок. Из-за этого дебаланса сил частицы с большей продольной скоростью приобретают дополнительное радиальное [c.218]

Изложенная классическая концепция отрыва потока, связанная со свойствами пограничного слоя, достаточно достоверно описывает процессы, происходящие в случае двухмерных плоских или осесимметричных течений. Исследования показали, что эта концепция не всегда может правильно объяснить возникающий отрыв на трехмерных телах, например на крыльях конечного размаха или телах вращения, расположенных под углом атаки. [c.102]

Изз чение внутренних закрученных потоков представляет не только самостоятельный научный интерес I оно имеет большое значение для теории трехмерного пограничного слоя. Наличие двух компонент напряжения трения, а также сходство свойств пристенного закрученного течения и пространственного пограничного слоя позволяют считать закрученный поток промежуточной стадией в разработке теории трехмерного пограничного слоя. [c.8]

В общем случае трехмерного течения (Vт) и (ат)г являются некоторыми тензорами, точное определение которых не представляется возможным. В ряде простейших случаев предприняты успешные попытки выразить эти коэф( )и-циенты турбулентного переноса через характеристики турбулентности. Теория Прандтля привела к следующим соотношениям для (v ,)iJ и (aт ij при течении и теплообмене в пограничном слое (одномерная задача) [c.15]

С учетом вязкости область неустойчивости на рис. 81 сокращается и располагается внутри зоны невязкой неустойчивости. Автор работы [10] определил собственную функцию ф( ) для нейтральных колебаний (см. рис. 81, точка /). Определенные по значению этой функции линии тока возмущенного движения выглядят так, как показано на рис. 82. Многие экспериментальные работы при вынужденных возмущениях пограничного слоя показали хорошую сходимость результатов, характерных естественным возмущениям, с данными рис. 81. Однако при этом выяснилось, что нарастание неустойчивых волн приводит к явно выраженной трехмерной структуре течения. [c.179]

Уравнения Навье—Стокса. Применим теперь теорему импульсов аналогичным образом к трехмерному течению. Откажемся от упрощающих допущений теории пограничного слоя и будем учитывать нестационарность течения и внешние массовые силы. Записав теорему импульсов для направления х в декартовой системе координат, получим [c.41]

Общее уравнение диффузии при стационарном течении. Если отказаться от приближения пограничного слоя и рассмотреть общую трехмерную задачу конвективного массопереноса при стационарном течении, то к полученным выше уравнениям нужно будет добавить один конвективный и два диффузионных члена. При этом запись уравнения в декартовых координатах становится довольно громоздкой. Более лаконично можно записать эти уравнения в векторной форме. При этом уравнениям (4-16) и (4-18) соответствуют уравнения [c.46]

Теория трехмерного пограничного слоя разработана лишь применительно к отдельным задачам (вращающийся диск, вихревая форсунка, обтекание конуса, пограничная область внутри угла, образованного двумя пластинами). При этом несомненно большие успехи достигнуты в случае ламинарного характера течения. [c.144]

Трехмерный характер течения среды в пограничном слое может оказать существенное влияние на обтекание лопаток в ступенях [c.233]

Однако, как было показано ранее, в пограничном слое на выпуклой поверхности лопатки, а также на ее вогнутой поверхности, где течение является конфузорным, отклонения жидкости в радиальном направлении весьма малы. В связи с этим целесообразно расчет пограничного слоя с учетом трехмерного профиля скоростей в нем производить только на выпуклой поверхности после минимума давления. В этом случае, т. е. когда расчет трехмерного пограничного слоя будет производиться не от входной кромки, а от какого-то промежуточного значения координаты х, условие [c.234]

Краткое содержание. В статье приводятся результаты исследования поперечного течения в трехмерном пограничном слое при допущении, что течение газа во внешней части пограничного слоя рассматривается как невязкое, а влияние вязкости учитывается только в области, приле- [c.25]

При малых возмущениях потока, безразлично, вносятся ли они из окружающего воздуха или от поверхности пластины,,переходный процесс возникает из-за того, что пограничный слой вследствие поперечных колебаний определенной длины волны становится при определенных условиях неустойчивым. При распространении волны нарастают и усиливаются. При этом волны искажаются, поскольку неустойчивость теперь имеет место в области постоянного нарастания длин волн. Последнее приводит к возникновению новых волн, число которых непрерывно возрастает до тех пор, пока, наконец, не произойдет их деформация и опрокидывание. Одновременно начинается переход двухмерного потока, который до этого имел место, к трехмерной нерегулярной форме течения. Вначале это довольно грубая форма турбулентности, затем по мере развития потока большие вихри разрушаются и из них образуются мелкие вихри ( мелкозернистая форма турбулентности). [c.357]

Будем рассматривать уравнение трехмерного пограничного слоя при свободном конвективном течении в плоскостях [c.221]

Специальные трудности возникают при исследовании таких трехмерных течений, для которых уравнения пограничного слоя перестают бь ть справедливыми, как, напри.мер, течений вблизи зоны отрыва потока или вблизи линии пересечения двух поверхностей. Одна такая задача впервые была рассмотрена Л. Г. Лойцянским [4Ь]. [c.442]

При течении газа через вращающиеся и неподвижные лопаточные венцы компрессоров и турбин поток газа получает значительную закрутку, что приводит к изменению его параметров в поперечных сечениях (вдоль радиуса лопаток). Наличие трения, приводящее к появлению, в частности, пограничного слоя, вызывает дополнительное изменение параметров газа вблизи ограничивающих поток стенок канала. Таким образом, течение газа в элементах двигателя. в общем случае носит сложный пространственный характер— оно является трехмерным течением вязкого сжимаемого газа. [c.17]

В настоящей работе рассматривается некоторый специальный, но достаточно широкий класс турбулентных течений — несжимаемые слабо расширяющиеся дву- и трехмерные течения в струях и пограничных слоях. Для этих течений характерны такие особенности 1) существует избранное направление Х1, для которого компонента средней скорости много больше других компонент (1/1 1/2 11з) 2) градиенты скоростей в избранном направлении, напротив, меньше, чем по другим направлениям (8171/дх1 811 г/8x2 8иг/8х )> [c.578]

Первое течение замечательно тем, что в нем Sij = Wij = 0. Двумерная плоская струи выбрана как пример сравнительно простого течения, сочетающего особенности пограничного слоя и струи. Остальные течения — наиболее типичные примеры трехмерных течений с существенными эффектами анизотропии коэффициентов турбулентного переноса. [c.579]

Течение в пограничном слое может быть двумерным, как это представлено на рис. 8-4,а и б. Однако в более общем случае векторы скорости в пограничном слое на различных расстояниях от границы могут иметь компоненты во всех трех координатных направлениях, и течение в пограничном слое будет трехмерным. [c.176]

Течения в пограничном слое могут быть двумерными или трехмерными, как это видно из примеров, показанных на рис. 10-1. Векторы скорости двумерных погра- [c.205]

С такого типа течениями мы сталкиваемся, например, при продольном обтекании осесимметричных тел, когда векторы скорости лежат в меридиональных плоскостях. Заметим попутно, что редакция текста при описании свойств трехмерных пограничных слоев в переводе несколько изменена, чтобы сделать изложение более ясным. (Прим. ред.) [c.206]

Очевидно, авторы здесь имеют в виду сходящиеся и расходящиеся течения в пограничных слоях на телах с изменяющейся по длине поперечной кривизной (см, примечание редактора к 10-1), т. е. в трехмерных телах с переменной площадью поперечного сечения. Иллюстрация (рис. 10-1,(3) в оригинале книги, по-видимому, помещена ошибочно и в переводе заменена другой (из обзорной статьи Ф, Мура [Л. 7 ]). (Прим. ред.) [c.219]

Течение около диска, вращающегося в практически неограниченной массе жидкости, представляет собой трехмерный пограничный слой со скосом профиля скорости при наличии осевой симметрии. Жидкость в непосредственной близости от диска получает вращательное движение, обусловленное трением, а затем отбрасывается центробежными силами в радиальном направлении. Условие неразрывности удовлетворяется за счет осевого притока жидкости к диску, компенсирующего радиальный отток у поверхности диска. [c.220]

Существующие теории устойчивости предполагают, что неустойчивость наступает одновременно во всей области течения, где достигнуты критические условия. Так, для двумерного пограничного слоя на плоской поверхности состояние неустойчивости должно было бы наступить по всей длине некоторой линии, перпендикулярной направлению течения. Это показано схематически на рис. 11-5,а. Однако, судя по всему,, в действительности это не так. Турбулентные возмущения появляются сначала в ограниченных зонах или пятнах внутри жидкости [Л. 3]. Эти пятна растут по мере того, как они сносятся вниз по потоку, вторгаясь в ламинарно текущую жидкость, нока отдельные пятна не сольются между собой. Распространение и развитие турбулентных пятен иллюстрируются на рис. 11-5,6. Таким образом, возникновение турбулентности трехмерно по своему су- [c.228]

На профиле осредненной скорости в турбулентном пограничном слое на гладкой стенке различают три зоны (рис. 12-5,aj. К самой стенке прилегает зона, где зависимость й от у весьма близка к линейной. Это — зона, где осредненное во времени касательное напряжение определяется динамической молекулярной вязкостью ц. Недавние исследования Л. 2] показали, что структура течения в этой области существенно трехмерна с перемежающимся образованием винтообразных вихрей, простирающихся по направлению течения. Одиако энергия флуктуаций в этой зоне практически очень невелика, 248 [c.248]

В подавляющем числе задач о трехмерных пограничных слоях основное значение приобретает разыскание этих вторичных течений. В той частной задаче, которая сейчас будет рассмотрена, вторичные течения также существуют и будут определены. Рассмотрим задачу о пространственном пограничном слое вблизи лобовой критической линии разветвления набегающего на цилиндр потока, вдоль которой С/ = 0. На цилиндре бесконечного размаха критическая линия располагается по образующей цилиндра, а положение ее зависит от контура нормального сечения цилиндра, от угла атаки, циркуляции. Для дальнейшего важно лишь, что, располагая начало координат на критической линии, будем иметь продольную U и трансверсальную W скорости на внешней границе пограничного слоя равными (с > 0 — константа, зависящая от формы носка крыла и угла атаки) [c.495]

Для определения величины S записываются интегральные уравнения сохранения массы в нестационарном пограничном слое и во внешнем потоке с учетом трехмерности течения при а ф Q. Функции 5q, 5 и 5 имеют вид [c.159]

Значительно более сложным, чем отрыв двумерных течений, оказался отрыв трехмерных течений, а также отрыв турбулентного пограничного слоя. [c.5]

Разумеется, отсюда еще не следует, что и при Re > R r существенными будут только не зависящие от у двумерные возмущения. Поскольку имеющиеся эмпирические данные определенно показывают, что при турбулизации двумерного пограничного слоя трехмерные возмущения играют большую роль (см., например, Клебанов, Тидстром и Сарджент (1962), Качанов, Козлов и Левченко (1982), Херберт (1988)), то исследование поведения таких возмущений при сверхкритических числах Рейнольдса также представляет интерес. Такое исследование было проведено, в частности, Уотсоном (19606) и Майклом (1961). Эти авторы показали, что в рамках линейной теории возмущений для любого плоскопараллельного течения всегда имеется такой интервал Reer < [c.101]

Систематическое применение современных асимптотических методов позволило рассмотреть широкий круг задач, которые не поддаются описанию в рамках классической теории пограничного слоя теория отрыва и присоединения пограничного слоя, различные течения с сильным локальным или глобальным взаимодействием пограничного слоя с внешним сверхзвуковым потоком, включающие часто передачу возмущений вверх по потоку, обтекание двумерных или трехмерных малых препятствий, теория сверхкритических и транскритических режимов взаимодействия для двумерных и трехмерных течений и ряд классов других задач, что позволило детально изучить структуру течений, сформулировать новые приближенные законы подобия. [c.1]

Уравнения трехмерного пограничного слоя рассмотрены в [28, 29] при описании вязкой пристеночной подобласти течения в круглой трубе с несимметрично возмущенной формой стенки. Что касается внешних течений, то обобщение трехпалубной теории свободного взаимодействия на случай обтекания вязким потоком с двумерным невозмущенным пограничным слоем трехмерного препятствия содержится в [32], где соответствующая краевая задача для несжимаемой жидкости решена в линеаризованном варианте. Предположение о слабых возмущениях использовалось также в [33] для иной геометрии трехмерного течения. Условие взаимодействия в виде двойного интеграла Коши-Гильберта, связывающее неизвестное давление и функщ1Ю смещения линий тока, приобретает сравнительно простой вид в спектральном пространстве, поэтому вычислительная процедура, основанная на применении псевдоспектрального подхода, оказалась эффективной при исследовании нелинейного режима обтекания трехмерной неровности [34]. [c.5]

Следует подчеркнуть, что решение сопряженной задачи связано с большими трудностями, поскольку в каждом конкретном случае необходимо иметь решение полной системы уравнений как для потока жидкости, так и для рассматриваемого тела. Поэтому для практических расчетов тепловых процессов (как и в случае гидравлических расчетов) трехмерное течение потока жидкости заменяют одномерным при этом вводится понятие коэффициента теплооотдачи, учитывающего основную специфику трехмерного течения. Для практических расчетов важно иметь функциональную связь между температурой поверхности Т , средней температурой жидкости Tf (средней по сечению для канала или температурой жидкости вдали от тела — для пограничного слоя) и плотностью теплового потока на поверхности тела, т. е. [c.22]

Одно из допущений, принимаемое при исследовании трехмерного ламинарного пограничного слоя, состоит в том, что скорость поперечного потока считается малой по сравнению со скоростью основного потока. Общее решение для данного случая было получено в работе [1]. Это решение показывает, что скорость поперечного потока оказывает существенное влияние на характеристики трехмерного пограничного слоя, что представляет большой интерес для инженеров-аэродинамиков. К сожалению, даже при принятых допущениях решение поставленной задачи является достаточно сложным. Поэтому для производства быстрых вычислений желательно иметь упрощенные методы расчета. Существует ряд других задач расчета пограничного слоя, которые могут являться злободневными при конструировании турбомашин. Например, представляет интерес случай, когда толстый ламинарный пограничный слой подвергается внезапному боковому возмущению под действием градиента давления или в результате поперечного перемещения обтекаемой поверхности. В турбомашинах такие условия имеют место, например, когда поток газа с толстым ламинарным слоем поступает на лопатки ротора. Поперечное течение газа начинается не на передней кромке, а в той точке, где возникает боковое возмущение. Таким образом, имеем две характерные постановки задачи, заслуживающие внимания. [c.27]

Напротив, на вращающемся теле во вращающемся потоке, оси вращения которых совпадают, или на вращающемся вокруг своей оси тела в неподвижной жидкости имеет место трехмерный (в полном смысле этого слова) пограничный слой. Простейшие случаи таких течений обсуждались ранее, а именно Бёдевадтом [3], рассматривался вращающийся на твердом основании поток, а Кохрэном [4] — вращающийся диск в неподвижной жидкости. Л. Хоуартом [5] недавно была предпринята попытка рассчитать с помощью ряда пограничный поток около шара, вращающегося в неподвижной жидкости. Рассмотрение подобного потока с помощью ряда привело Нигэма [6] к результатам, отличным от результатов Хоуарта. Феднис [7] обобщил основные положения работы [6] на случай вращающегося эллипсоида вращения. [c.251]

Возникающая турбулентность является в большинстве случаев трехмерной. Представляет интерес рассмотреть вопрос,. при каких условиях, достаточно надежных в теоретическом и экспериментальном отношениях, возникающая неустойчивость, обусловленная плоскими поступательными волнами Толлмина, приводит к трехмерной турбулентности. В связи с этим можно предположить, что в относительно вогнутой области ламинарного пограничного слоя, возмущенного нарастающими волнами, возникает при достаточном нарастании вторичная неустойчивость в отношении вихревых трехмерных возмущений с осями, параллельными основному потоку, причем плоское течение скорее всего переходит в ячеистое трехмерное течение. Особенно благоприятные условия для этой вторичной неустойчивости имеют место в зоне, где скорость распространения волн Толлмина соизмерима со скоростью основного потока. Если такая вторичная неустойчивость существует, то расхождение между значением критического числа Рейнольдса нейтральных волн Толлмина и наблюдаемым дальнейшим ростом числа Рейнольдса переходной ламянарно-трубулентной области может быть связано с критическим числом Рейнольдса вторичной неустойчивости. [c.265]

Примеры численных расчетов, сравнение с экспериментом. Для описания двумерных течений использовались уравнения пограничного слоя, а для трехмерных — уравнения Рейнольдса. Плотность в определяюгцей системе уравнений могла быть переменной, но не зависела от давления. Для вычисления давления использовался итерационный метод искусственной сжимаемости. [c.588]

Анизотропная модель турбулентности позволяет с приемлемой для практики точностью рассчитывать сложные трехмерные турбулентные течения, которые не удается описать с помощью традиционных современных полу эмпирических моделей турбулентности, использующих простейшие определяющие соотношения между тензорами турбулентных напряжений Рейнольдса и скоростей деформации. Модель протестирована для достаточно широкого класса течений. В частности, проведены численные расчеты течений в беседвиговом пограничном слое, в двумерной пристеночной струе, в свободной трехмерной прямоугольной струе, в канале с квадратным сечением, в трехмерной пристеночной струе. Показано удовлетворительное согласование с известными экспериментальными данными. [c.593]

Для достаточно широкого круга задач такие результаты были действительно иолу чены. Однако практика расчетов показала, что при решении сколько-нибудь сложных задач в случае каких-либо особенностей, например, зон пограничных слоев с большими градиентами параметров потока в задачах динамики вязкой среды, зон концентрации напряжений в прочностных задачах, зон кумуляции энергии в ряде задач физики взрьь ва, сложных локальных особенностей границ областей, лобовой способ решения дает малонадежные численные результаты, теряется точность вычислений. Кроме того, трехмерные расчеты, особенно в механике жидкости и газа при учете реальной геомет- зии аппаратов, с большим трудом осуществляются на современных ЭВМ, даже если в течениях не возникает каких-либо особенностей. Если же соответствующие потоки газа или жидкости турбулируются, то даже в рамках имеющихся математических моделей, в частности уравнений Навье-Стокса со специальной вязкостью, описывающих движения такого типа, расчет, например, трехмерного обтекания самолета турбулентным потоком газа с помощью имеющихся разностных методов, по оценкам известного аме- [c.14]

До сих пор мы рассматривали задачу о пограничном слое в двумерном течении. Теорией трехмерного пограничного слоя в газе стали заниматься в середине 40-х годов. В 1946 г. В. В. Струминский обобщил основные интегральные методы расчета двумерного пограничного слоя на случай пространственного пограничного слоя газа на плоской пластинке, движущейся со скольжением. В самом начале 50-х годов опубликованы работы по трехмерному пограничному слою газа на поверхностях тел вращения, на стреловидных крыльях (В. Д. Хейз, Ф. К. Мур и др.). [c.326]

Задача о сверхзвуковом обтекании затупленного конуса рассматривается на основе линейной теории тел конечной толщины с учетом обратного влияния пограничного слоя на внешнее течение в рамках модели слабого вязкого взаимодействия. С этой целью численно решаются трехмерные нестационарные уравнения пограничного слоя и оценивается роль переносного ускорения и кориолисовых сил в формировании течения в нестационарном пограничном слое. Высокая точность определения характеристик, найденных по данной методике, подтверждается экспериментальными дан-ными, полученными путем проведения динамических испытаний крупномасштабной модели L 1 мм) в аэродинамической трубе при = 4 и 6. Расчетные исследования подтверждают наличие режимов антидемпфирования колебаний затупленных конусов при гиперзвуковых скоростях полета, которые могут как усиливаться, так и ослабляться при наличии вдува в пограничный слой с поверхности ЛА. [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...