Течение в пограничном слое около цилиндра

ТЕЧЕНИЕ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ОКОЛО ЦИЛИНДРА [c.57]

НИИ достигает минимума, так что на участке АС оно падает, а на участке СЕ возрастает. Такие же изменения давления вдоль поверхности тела имеют место и в пограничном слое (так как поперек пограничного слоя давление почти не меняется). Следовательно, на участке СЕ жидкость в пограничном слое должна двигаться по направлению возрастания давления, что приводит к ее торможению. Наиболее сильно это торможение сказывается, конечно, на частицах жидкости, движущихся около самой поверхности цилиндра, т. е. обладающих наименьшей скоростью. В некоторой точке О вниз по потоку эти частицы останавливаются, а за точкой О даже двигаются вспять по сравнению с более удаленными от поверхности цилиндра и поэтому еще не заторможенными частицами. Образующееся у поверхности тела за точкой О возвратное течение оттесняет внешнее течение от поверхности цилиндра — происходит, как говорят, отрыв пограничного слоя от обтекаемой поверхности с образованием в жидкости поверхности раздела ОР. Если пограничный слой до отрыва был ламинарным, то после отрыва он ведет себя как свободная струя в затопленном пространстве и быстро становится турбулентным (при заметно меньших Не, чем не отрывавшийся пограничный слой, так как наличие стенки действует на течение стабилизирующим образом). Поверхность раздела ОРу являющаяся поверхностью тангенциального разрыва скорости, весьма неустойчива (см. ниже) и свертывается в один или несколько вихрей. В области РОЕ за поверхностью раздела около цилиндра образуется крупный вихрь второй такой же вихрь образуется в нижней части цилиндра. Эти вихри попеременно отрываются от поверхности цилиндра и уносятся вниз по течению на их месте образуются новые вихри. [c.71]

Как уже отмечалось, ламинарный пограничный слой образуется в области перед обтекаемым телом. Он начинается в самой передней точке по отношению к натекающему потоку рис. 14) и стелется по поверхности тела до некоторого расстояния, определяемого формой тела. Затем ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный пограничный слой, рассматриваемый в 9.2. Например, нз эксперимента следует, что в случае круглого цилиндра угол между передней точкой и точкой перехода течения в турбулентное составляет около 75 ". Граница между ламинарным и турбулентным слоями показана на рис. 14 штрихпунктирной линией. [c.137]

Вторая форма обтекания осуществляется при числах Рейнольдса, примерно равных и больших Ке 5 10 , и характеризуется большим углом отрыва ф (около 120°), расположением точки отрыва в области турбулентного пограничного слоя и малым сопротивлением цилиндра в потоке. Следует отметить, что течение перестраивается постепенно по мере перемещения точки отрыва вверх положение точки при ф = 120° соответствует вполне развитой форме течения. [c.214]

В [Л. 128] исследован пограничный слой в случае несимметричного плоского течения около цилиндра, для которого распределение скорости во внешнем потоке выражается уравнением [c.99]

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]

Приведение стенки в движение в сторону течения. Наиболее простой способ предупреждения отрыва пограничного слоя заключается, очевидно, в том, чтобы вообще устранить образование пограничного слоя. Так как пограничный слой образуется вследствие разности между скоростью внешнего течения и скоростью стенки, то для того, чтобы он не образовался, достаточно уничтожить эту разность скоростей. Этого можно достичь, если перемещать обтекаемую стенку вместе с течением. Легче всего осуществить такую подвижную стенку для случая круглого цилиндра. Для этого достаточно расположить цилиндр поперек течения и вращать его. На рис. 14.2 изображена картина течения около вращающегося цилиндра. На его верхней стороне, [c.353]

Экспериментальные результаты. Уже в 1904 г. Л. Прандтль опубликовал несколько фотографий, подтверждавших возможность сохранения безотрывного течения около плохо обтекаемых тел посредством отсасывания пограничного слоя. Такое безотрывное течение удалось получить даже около круглого цилиндра, между тем как в обычных условиях на задней половине цилиндра всегда образуются сильные вихри. На рис. 2.12 и 2.13 показано применение отсасывания при течении в канале. В сильно расширяющемся канале (рис. 2.11) течение при отсутствии отсасывания отрывается от обеих стенок. При отсасывании же через две щели (по одной с каждой стороны канала) течение полностью прилегает к обеим стенкам (рис.2.13). [c.367]

Рассмотрим движение цилиндра (фиг. 4) в вязкой среде. Теоретически в точках А и А имеется повышенное давление и в точках С и С—пониженное. Поэтому около поверхности цилиндра получаются течения от к С и С и от Л к С и С з этими течениями пограничный вихревой слой увлекается, и за точками С и С вследствие получившихся противоположных токов начинают появляться вихри. При малых скоростях движения течение получается почти точно симметричное (фиг. 5). При увеличении же скорости вихри ва цилиндром приобретают известную интенсивность и питаются пограничным слоем, смываемым общим течением (фиг. 6), и ва телом образуются два симметрично расположенных вихря. Однако такое расположение парных вихрей не является устойчивым наличие каких-либо случайных причин, хотя бы в виде сотрясений, ведет к изменению их на вихри, отрывающиеся от цилиндра поочередно и располагающиеся сзади в шахматном порядке (фиг. 7). Периодич. отрывание таких вихрей наблюдается и при обтекании других тел и может при известной частоте произвести слышимый звук (напр, в органных трубах) или, попадая в резонанс, произвести колебания других систем (напр, вибрации проволок на аэроплане или стабилизатора от вихрей, срывающихся с крыльев аэроплана). Система шахматных вихрей позволила проф. Карману создать вихревую теорию лобового сопротивления. [c.437]

В [101] обращается внимание на то обстоятельство, что стационарные асимптотические решения неклассических уравнений пограничного слоя со взаимодействием часто получаются в результате подавления неустойчивостей. Более того, поле течения около внезапно приведенного в движение цилиндра рассматривается в [101] как пример нестационарного асимптотического решения, построенного благодаря исключению быстро растущих неустойчивых мод (отсутствующих при классической формулировке задачи для пограничного слоя). Хотя данный подход на первый взгляд представляется неудовлетворительным, хорошее совпадение с полученными по уравнениям Навье-Стокса результатами при умеренных числах Рейнольдса служит аргументом в пользу асимптотической теории. [c.8]

При малых величинах акустического числа Рейнольдса в слабых звуковых полях, когда гКе < 10, течения около препятствия не имеют четко выраженного пограничного слоя, вернее, течение во всем пространстве представляет собой пограничное течение, так как его скорость зависит от вязкости. Линии тока такого течения [19] подходят в экваториальной плоскости цилиндра по направлению распространения звуковой волны, а отходят от него — в перпендикулярной плоскости (рис. 4, а). [c.589]

Впервые неявный конечно-разностный метод расчета пространственных течений был предложен в работах [16] для расчета течений около эллипсоидов под углом атаки в несжимаемой жидкости и сжимаемом газе. Одновременно в работе [17] конечно-разностный метод применялся для расчета течения около затупленного конуса. Затем в работах [15, 18] были рассмотрены неявные конечно-разностные схемы для расчета течений в трехмерном пограничном слое и получены результаты расчета течений около различных эллипсоидов под углом атаки на плоскости, пересеченной цилиндром на прямых и обратных затупленных конусах под углом атаки и др. [c.139]

Если то же тело поместить в потоке реальной жидкости, то вследствие трения около тела образуется тонкий пограничный слой, в котором скорости жидкости быстро увеличиваются от нуля у стенок тела до общей скорости течения (пограничный слой является как бы некоторой прослойкой между телом и всей остальной частью потока). В этом случае имеет место так называемое отрывное обтекание цилиндра жидкостью (рис. 124). Сущность его заключается в том, что набегающий поток, разветвившись в точке А (см. рис. 123), омывает цилиндр не полностью, а лишь до некоторых точек на его поверхности, которые могут находиться (в зависимости от разных причин) как перед, так и позади сечения ВВ . После этого набегающая жидкость отрывается от цилиндра, уступая место жидкости, подсасываемой из области позади цилиндра. При этом давление в точке Ai оказывается меньшим давления в точке А. Следует отметить, что аналогичный результат пвлучится и в случае, когда тело будет двигаться в неподвижной жидквсти. [c.179]

Прошло ок. 20 лет с момента создания теории Колмогорова и выдвижения им гипотезы, что при больших числах Рейнольдса Т. является локально (т. е. для достаточно мелкомасштабных движений) однородной и изотропной, прежде чем она получила эксперим. подтверждение. Эксперименты, выполненные к 1962 в следе за островом в канале около Ванкувера во время прилива, при числах Рейнольдса = 3 10 , продемонстрировали закон /с для волновых чисел, изменяющихся на три порядка. В последующие годы универсальность чтого закона была подтверждена экспериментами во многих др. течениях при больпшх числах Рейнольдса в струях, сдвиговых слоях, в лаб. и атм. пограничных слоях, в следе за цилиндром и т. п. [c.181]

В диапазоне очень низких чисел Рейнольдса (Reтечении около сферы. Хотя для задачи об обтекании цилиндра также имеется аналитическое решение, однако диапазон его применимости слишком мал, чтобы иметь большое практическое значение. Когда число Рейнольдса становится больше примерно пяти, происходит отрыв ламинарного пограничного слоя. Как говорилось в 10-3, явление отрыва в рассматрнваемо.ч случае обусловлено обратным перепадом давления и кривизной границы. Распределение давления при потенциальном течении (рис. 15- 1) показывает, что вблизи 0 = 90° имеется сильный обратный перепад давления. При 5цилиндра устойчиво ра.сполагаются два вихря (зоны вращательного движения разных знаков. Прим. ped.), за которыми вниз по течению следует извилистый вихревой слой.. Область течения позади тела, в которой происходят изменения, обусловленные присутствием тела, называется следом. В выше упомянутом диапазоне чисел Рейнольдса след целиком ламинарный. [c.403]

Эккерт и Зонген [24] наблюдали изотермы с помощью интерферометра Маха — Цендера при малых числах Рейнольдса (от 20 до 500) в области ламинарного течения. Они измерили также местные числа Нуссельта на поверхности круглых сплошных медных цилиндров диаметрами 12,7, 25,4 и 38,1 мм и длиной 229 мм, нагреваемых перед экспериментом. На поверхности нагретого тела при малых числах Рейнольдса формируется тепловой пограничный слой значительной толщины. Изотермы, наблюдаемые около цилиндра и за ним, показаны на фиг. 12. Видно,что с ростом числа Рейнольдса толщина теплового слоя уменьшается и точка отрыва смещается вниз по потоку. [c.101]

Течения, единственной причиной которых является неодинаковость плотности, вызванная разностью температур, называются естественными конвективными течениями в отличие от вынужденных конвективных течений, вызываемых внешними причинами. Естественное конвективное тече-ние возникает, например, около вертикально 11оставленной нагретой пластины или около горизонтально расположенного нагретого цилиндра и обладает обычно свойствами, характерными для пограничного слоя, особенно в тех случаях, когда коэффициенты вязкости и теплопроводности малы. [c.299]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...