Турбулентная область и явление отрыва

Турбулентная область и явление отрыва [c.207]

Турбулентная область должна быть ограничена с какой-нибудь стороны частью поверхности обтекаемого жидкостью тела. Линию, ограничивающую эту часть поверхности тела, называют линией отрыва. От нее отходит поверхность раздела между областью турбулентности и остальным объемом жидкости. Самое образование турбулентной области при обтекании тела называют явлением отры-за. [c.209]

От линии отрыва отходит, как мы знаем, уходящая в глубь жидкости поверхность, ограничивающая область турбулентного движения. Движение во всей турбулентной области является вихревым, между тем как при отсутствии отрыва оно было бы вихревым лишь в пограничном слое, где существенна вязкость жидкости, а в основном потоке ротор скорости отсутствовал бы. Поэтому можно сказать, что при отрыве происходит проникновение ротора скорости из пограничного слоя в глубь жидкости. Но в силу закона сохранения циркуляции скорости такое проникновение может произойти только путем непосредственного перемещения движущейся вблизи поверхности тела (в пограничном слое) жидкости в глубь основного потока. Другими словами, должен произойти как бы отрыв течения в пограничном слое от поверхности тела, в результате чего линии тока выходят из пристеночного слоя в глубь жидкости. (Поэтому и называют это явление отрывом или отрывом пограничного слоя.) [c.231]

Распределение турбулентной вязкости поперек турбулентного потока зависит от его структуры. Турбулентный поток условно можно разделить на три зоны вязкий слой, буферный слой (переходная область) и турбулентное ядро, В вязком слое, в области, непосредственно прилегающей к стенке, движение жидкости преимущественно ламинарное, т. е. молекулярная вязкость больше, чем турбулентная. Несколько дальше от стенки (за вязким слоем) течение становится нестационарным (буферный слой). После буферного слоя расположено турбулентное ядро, где весь поток вовлечен в турбулентное движение. Следует отметить, что вязкий слой не является полностью невозмущенным. Прилегающие к стенке сравнительно крупные элементы жидкости, имеющие низкую скорость, периодически отрываются от стенки и переносятся в ядро потока. Механизм этого явления полностью еще не изучен, но вероятнее всего этот процесс обусловлен неустойчивостью вязкого слоя. Элемент жидкости, оторвавшийся от поверхности, замещается жидкостью с большей энергией из удаленной от поверхности области именно эта жидкость приносит энергию, необходимую для отрыва элемента жидкости от поверхности. В ядре потока турбулентность генерируется и поддерживается элементами жидкости, пришедшими от стенки. [c.185]

Итак, зависимости потерь от числа Рейнольдса как в компрессорных, так и в сопловых решетках одинаковы в том отношении, что за пределами критического диапазона чисел Рейнольдса (приблизительно 10 <Ке<10 ) для них явно превалирует единый степенной закон. Зависимость потерь в переходной области при 10 <Ке<10 менее предсказуема как для компрессоров, так и для турбин. В пределах этого диапазона чисел Рейнольдса существует большая разница в характере зависимостей потерь для рассматриваемых классов решеток. В случае компрессорных решеток изменения потерь в критическом диапазоне чисел Рейнольдса более резкие, что связано с явлениями отрыва пограничного слоя. Характеристика зависимости потерь от числа Рейнольдса может иметь гистерезис, размеры которого, вероятно, определяются степенью турбулентности потока [7.53]. На рис. 2.7 показано, что от степени турбулентности потока зависит место резкого увеличения потерь. Для надежного расчета характеристик компрессорной решетки в переходной области потребуется дальнейший прогресс в разработке методов расчета отрыва ламинарного и турбулентного пограничных слоев. Отрыв потока в турбинных решетках слабее подчиняется общему закону, так что расчет характеристик этих решеток в переходном диапазоне чисел Рейнольдса определяется процессом ламинарно-турбулентного перехода. Как указывалось в гл. 7, пока не существует расчетных методов определения процесса перехода, которые правильно учитывали бы влияние степени турбулентности в ядре потока. Течение в переходной области может быть как ламинарным, так и турбулентным (но в целом неустойчивым), и для облегчения расчета таких явно разнохарактерных зависимостей потерь, какие изображены на рис. 11.10,а, необходимы достоверные данные о начале и конце процесса перехода. [c.333]

Итак, большинство эффектов, наблюдающихся в не описываемых классическими уравнениями пограничного слоя Прандтля ламинарных течениях, например, таких, как течения с отрывом, достаточно хорошо поняты теоретически. В общем случае в потоке возникают вязко-невязкие структуры, причем области течения вне и внутри пограничного слоя воздействуют друг на друга на относительно коротких масштабах длины. Несмотря на впечатляющие успехи асимптотического подхода и наличие ряда законченных результатов, данный круг явлений продолжает оставаться в фокусе внимания, о чем свидетельствуют многочисленные публикации последнего десятилетия. Интерес исследователей привлекает, во-первых, возможность приложений основных идей развитых теоретических методов к более сложным процессам (резонансные тройки, трехмерные пограничные слои, высокочастотные осцилляции в потоке, взаимодействие сильно нелинейных возмущений различных типов, ранние стадии ламинарно-турбулентного перехода) [c.7]

Ниже с использованием аппроксимаций для положения линии отрыва турбулентного пограничного слоя ф(р,) относительно направления невозмущенного потока (фиг. 1) при "свободном" взаимодействии (ф < л/2 - е) [б] и для угла 0, (р,, е) при "несвободном" взаимодействии (ф = пЦ - е) [3] предложена методика расчета параметров возвратного течения в отрывной области. В частности, нахождение числа Маха поперечной скорости конического течения в пристенной области между линией присоединения у(р ) и линией внутреннего отрыва пограничного слоя (на фиг. 1 обозначена углом ф ). Данные расчетов позволили интерпретировать результаты экспериментальных исследований, полученные методом масляного покрытия. Указаны особенности возмущенного течения, обусловленные явлением перехода в пограничном слое. [c.67]

Кроме того, при изменении числа Ре меняется положение точки отрыва пограничного слоя и его структура. До тех пор пока пограничный слой остается ламинарным (10<Ре<10 ), точка отрыва находится в лобовой части сферы (рис. 5.22, о). В диапазоне изменения числа Рейнольдса приблизительно 10 <Ре<10 ламинарный пограничный слой постепенно переходит в турбулентный и точка отрыва смещается в кормовую область сферы (рис. 5.22,6). В этом диапазоне чисел Ре сопротивление (по сравнению с законом Стокса) увеличивается за счет возрастающего действия разности давления перед шаром и за ним. Интенсивность увеличения сопротивления давления возрастает, кривая зависимости с = =/(Ре) приближается к горизонтали. Полный переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный происходит резко при числах Ре = Рекр Ю . В этом случае угол между симметричными точками отрыва принимает минимальное значение 110—120° и величина области отрывного течения также становится наименьшей (рис. 5.22, в). Сопротивление при этом резко уменьшается такое явление называют кризисом сопротивления. [c.259]

Наконец, можно отметить еще многочисленные другие стороны явления отрыва турбулентного пограничного слоя его специфическую нестационарность, способствующую размыву области отрыва, возможность последующего за отрывом обратного прилипания пограничного слоя к пов-ерхиости тела, сопровождающегося образованием замкнутых отрывных областей, иногда трактующихся как скользящий по поверхности тела отрыв, и др. [c.765]

Проведено экспериментальное исследование [С.22] динамического срыва в области передней кромки на колеблющихся по углу атаки профилях, в частности профиле NA A0012 и нескольких его модификациях. В нем детально изучен процесс развития срыва. Общие качественные его черты были одинаковы для всех рассматривавшихся профилей независимо от того, развивался ли срыв постепенно, в виде возвратного течения от задней кромки, или наступал сразу, вследствие разрушения ламинарного пузыря или отделения турбулентного пограничного слоя вблизи передней кромки. Во всех случаях у передней кромки образовывался вихрь, который срывался и перемещался назад, вызывая большие переменные подъемную силу и момент. Прежде чем срыв начинал проявляться в величине подъемной силы или момента, на профилях уже возникало заметное возвратное течение. В случае профиля NA A0012 при типичных для вертолета числах Рейнольдса и малых числах Маха явление динамического срыва включало в себя образование вихрей на передней кромке, вызванное быстрым перемещением вперед точки отрыва потока, возникшей у задней кромки. Дополнительная информация по этим вопросам имеется также в работах [М.1, М.2]. [c.818]

В заключение этого параграфа в качестве примера сложного поведения течения при росте числа Рейнольдса перечислим бифуркации следа за перпендикулярным набегающему потоку цилиндром кругового сечения (ср. Морковин (1964)). При Re lO происходит смена устойчивости и вместо монотонного плавного обтекания за цилиндром образуется пара стационарных вихрей. При Re > 40 эти вихри начинают поочередно отрываться от цилиндра,, замещаясь новыми вихрями, и уплывать вниз по течению, образуя вихревую дорожку Кармана, При Re > 100 вихри заменяются быстро турбулизирующимися областями поочередно отрывающихся пограничных слоев. При Re > 10 пограничные слои турбулизируются еще до отрыва, точка отрыва продвигается вниз по течению,, турбулентный след сужается и сопротивление уменьшается кризис сопротивления). При Re lO турбулентный след расширяется и сопротивление растет. Наконец, при Re lO след начинает колебаться, как целое. При наличии у жидкости свободной поверхности все эти явления могут видоизменяться, и на них еще наложатся так называемые корабельные волны. В стратифицированной жидкости все они будут сопровождаться генерацией различных видов внутренних волн. [c.123]

Особенно примечательное явление, связанное с переходом течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, наблюдается при обтекании тела с тупой кормовой частью, например круглого цилиндра или шара. Из рис. 1.4 и 1.5 мы видим, что при числах Рейнольдса Fd/v,. равных для круглого цилиндра приблизительно 5 10 , а для шара приблизительна 3 10 , коэффициент сопротивления цилиндра и шара внезапно сильно уменьшается. Впервые это явление было обнаружено для шара Г. Эйфелем [ ]. Столь резкое уменьшение сопротивления объясняется возникновением в пограничном слое турбулентного течения. Турбулизация пограничного слоя,, т. е. возникновение в нем турбул (нтного перемешивания, значительна усиливает увлекающее действие внешнего потока по сравнению со случаем ламинарного пограничного слоя, и это приводит к перемещению точки отрыва назад, т. е. вниз по течению. Если для пограничного слоя, остающегося ламинарным на всем протяжении, точка отрыва лежит приблизительно на экваторе шара, то после турбулизации пограничного слоя она перемещается на довольно значительное расстояние назад, т. е. на заднюю половину шара. Вследствие этого область застойного течения позади тела значительно суживается и распределение давления приближается к распределению давления при течении без трения (см. рис. 1.10). Сужение же застойной области приводит к значительному уменьшению сопротивления давления, что дает о себе знать в виде скачкообразного понижения кривой = / (Ре) (см. рис. 1.4 и 1.5). Правильность такого объяснения подтвердил Л. Прандтль путем следующего опыта [Щ, Несколько впереди экватора шара, обтекавшегося потоком воздуха, он укрепил на поверхности шара тонкое проволочное кольцо. Наличие этого кольца вызвало искусственную турбулизацию пограничного слоя уже при умеренном числе Рейнольдса [c.50]

Течение в лобовой части цилиндра, в том числе и в критической точке, может быть описано уравнениями ламинарного пограничного слоя, а пара-1летры на внешней границе определяются на основании анализа потенциального потока (по уравнению Эйлера) [1, 2]. В работе [3] для расчета теплопередачи и касательных напряжений в лобовой критической точке рассмотрено влияние на ламинарный пограничный слой вихревой ячеистой структуры, состоящей из парных вихрей с осями, параллельными образующим цилиндра, с вращающейся каждой парой вихрей в противоположных направлениях. В [3, 4] влияние турбулентности на теплоотдачу рассчитывалось на основании анализа в лобовой точке вихрей Тейлора—Гертлера, которые интенсифицируют теплообмен. В области смешанного обтекания расчетное определение чисел Nu возможно только для ср <[ 70° при дальнейшем увеличении ср возникают явления перехода и отрыва пограничного слоя, и учет этих явлений в теоретическом плане еще недостаточно разработан. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...