Отсасывание ламинарного пограничного слоя

ОТСАСЫВАНИЕ ЛАМИНАРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ [c.106]

В главе XIV мы уже отметили, что отсасывание ламинарного пограничного слоя является весьма эффективным средством для уменьшения сопротивления трения. Так же, как и падение давления в направлении течения, рассмотренное в предыдущем параграфе, отсасывание стабилизует ламинарный пограничный слой, и уменьшение сопротивления достигается при этом в результате предупреждения перехода ламинарной формы течения в турбулентную. Действие отсасывания проявляется двояким образом. Во-первых, отсасывание уменьшает толщину пограничного слоя, а более тонкий пограничный слой имеет меньшую наклонность к переходу в турбулентное состояние, чем толстый пограничный слой. Во-вторых, отсасывание ламинарного пограничного слоя создает в нем такие профили скоростей, которые обладают более высоким пределом устойчивости, т. е. более высоким критическим числом Рейнольдса, чем профили скоростей в пограничном слое без отсасывания. [c.465]

Путе м увеличения количества отсасываемого газа можно уменьшить толщину пограничного слоя и тем самым снизить число Рейнольдса, которое окажется меньше его значения, соответствующего пределу устойчивости. Однако чрезмерный отсос невыгоден из-за большого расхода газа, что вызывает дополнительные энергетические затраты, несмотря на некоторое снижение лобового сопротивления. В связи с этим необходимо определить минимальное количество отсасываемого газа, достаточное для сохранения пограничного слоя ламинарным. При этом важно учитывать, что в случае достаточно большой скорости отсасывания уменьшенная толщина пограничного слоя может стать соизмеримой с высотой бугорков шероховатости. В этих условиях возникает возможность потери устойчивости ламинарного пограничного слоя. [c.450]

Следовательно, при р<—0,198 ламинарный пограничный слой возможен только при достаточно сильном отсасывании (согласно закону отсасывания [7]). [c.39]

ОБОБЩЕНИЕ МЕТОДА К. ПОЛЬГАУЗЕНА НА ЛАМИНАРНЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ С ОТСАСЫВАНИЕМ [c.300]

Для общего случая (ламинарный пограничный слой с отсасыванием на телах любой формы) разработаны относительно простые приближенные методы расчета на основе интегральных уравнений количества движения и кинетической энергии. [c.301]

В ряде работ Л. 202, 204, 248] обобщен метод Польгаузена на случай ламинарного пограничного слоя с отсасыванием. В наиболее современном виде такое обобщение дано в Л. 248]. [c.301]

Отсасывание жидкости из пограничного слоя представляет наибольший практический интерес как средство задержания и предотвращения отрыва пограничного слоя, а также как средство стабилизации ламинарного течения в пограничном слое. Такие воздействия отсасывания иа пограничный слой можно усмотреть из уравнения (3-1) при у = 0 [c.309]

Позднее отсасывание пограничного слоя стало применяться также для уменьшения сопротивления трения. Для этого щель располагается в таком месте обтекаемого контура, чтобы точка перехода ламинарной формы течения в пограничном слое в турбулентную отодвинулась как можно дальше вниз по течению. В результате пограничный слой остается ламинарным на большем протяжении стенки, что и приводит к уменьшению сопротивления трения, так как последнее при ламинарном течении меньше, чем при турбулентном (см. рис. 14.9). Эффект, достигаемый в этом случае — сохранение пограничного слоя ламинарным,— объясняется двумя причинами. Во-первых, вследствие отсасывания пограничный слой делается тоньше, что уменьшает наклонность течения в нем к переходу из ламинарной формы в турбулентную [ ]. Во-вторых, в ламинарном пограничном слое профили скоростей имеют при отсасывании несколько иную форму, чем без отсасывания, и притом такую, которая даже при одинаковой толщине слоя также уменьшает наклонность течения к переходу из ламинарной формы в турбулентную (профили скоростей делаются более полными, см. рис. 14.6). К вопросу о переходе течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, в частности, и при отсасывании, мы вернемся в главе ХУП. [c.355]

Из всех способов управления пограничным слоем, наряду с сохранением ламинарной формы течения посредством придания обтекаемой стенке специальной формы, наибольшее практическое значение имеет отсасывание и сдувание. В связи с этим были разработаны различные способы, позволяющие аналитически определять влияние отсасывания и сдувания на поведение ламинарного пограничного слоя. Некоторые из этих способов мы изложим в следующих параграфах. [c.356]

Влияние отсасывания на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный [c.465]

Таким образом, при сделанном упрощающем предположении устойчивость ламинарного пограничного слоя с отсасыванием будет обеспечена, если коэффициент расхода при отсасывании Q будет больше только что указанного весьма малого значения [c.467]

Турбулентные пограничные слои с отсасыванием и сдуванием. Воздействие, оказываемое на течение в пограничном слое отсасыванием или сдуванием, имеет особенно большое значение для повышения максимальной подъемной силы крыльев. Способ расчета ламинарного пограничного слоя с отсасыванием был указан в 2 главы XIV. Здесь мы рассмотрим способ расчета турбулентного пограничного слоя с отсасыванием и сдуванием, но ограничимся только случаем, когда скорость отсасывания —ио (х) распределена вдоль стенки непрерывно. [c.616]

Мы не имели возможности остановиться на специальном, важном для практики случае пограничного слоя на проницаемой, например, мелко пористой поверхности, когда вдувание или отсасывание жидкости сквозь поверхность изменяет характер движения в пограничном слое и распределение в нем основных характеристик (коэффициента трения, условных толщин слоя, положения точки отрыва). С математической стороны, отличие заключается в изменении граничного условия на поверхности, выражающемся в задании поперечной скорости Vo x) протекания жидкости сквозь пористую поверхность или соответствующей добавки я1 )о(-> ) к функции тока "ф(х,у) на непроницаемой поверхности. Ставшее уже обычным изложение теории ламинарного пограничного слоя на поверхности с непрерывно распределенным отсосом или сдувом можно найти, например, в главе XIV неоднократно нами уже цитированной монографии Г. Шлихтинга. Новое, основанное на применении вышеизложенного параметрического метода ) решение той же задачи заключается в следующем. Наряду с ранее указанной системой форм-параметров fit, вводится дополнительная система параметров, характеризующих отсос или сдув [c.647]

Из всех способов управления пограничным слоем наибольшее практическое значение имеют отсасывание и сдувание. При отсасывании пограничного слоя через пористую стенку (рис. 15) в пристеночном слое снижается статическое давление и предупреждается отрыв этого слоя, более длительное время сохраняется ламинарный пограничный слой и уменьшается сопротивление гидравлической системы. [c.19]

В более общих задачах об обтекании тел сквозь поверхность тела может происходить отсасывание или, наоборот, выдавливание жидкости. При некоторых условиях и в этих случаях толщина пристеночного слоя, где существенно влияние вязкости, имеет порядок так что для описания течения в этом слое можно пользоваться уравнениями Прандтля. Использованию уравнений Прандтля для решения задач о ламинарных течениях жидкости в пограничном слое на твердом теле посвящена обширная литература (см., например, монографии [1-3]). Имеются и строгие доказательства существования и единственности решения уравнений Прандтля для таких течений [4]. Эти доказательства теряют, однако, силу в тех случаях, когда внутри пограничного слоя имеется зона обратных токов. Уравнения пограничного слоя широко используются также для решения задач о ламинарном смешении потоков, имеющих разные скорости, и о течениях в ламинарных струях. В этих задачах решения получены только для течений, в которых продольная составляющая скорости не меняет знак. [c.91]

Однако эти уравнения позволяют и без интегрирования обнаружить качественное влияние отсасывания на отрыв пограничного слоя и на переход в нем ламинарной формы течения в турбулентную. [c.357]

Уравнение (9-6) можно решить численным или графическим методом. Т. П. Торда иллюстрировал применение разработанного им метода на примере отсасывания ламинарного пограничного слоя на крыле. Для определения распределения скорости отсасывания уравнение (9-6) решено методом изоклин. Описанное обобщение метода К. Польгаузена на случай отсасывания имеет тот же недостаток, что и метод К. Польгаузена в первоначальном виде в расчетные уравнения (9-5) и (9-6) входит явно вторая производная скорости виешнего потока по продольной координате. Это объясняется тем, что в качестве неизвестной функции принята толщина пограничного слоя 6 вместо толщины потери импульса 0. Как отмечалось ранее, наличие и" 1 затрудняет расчет, поскольку при задании и (х). например, в виде графика определение и х) связано с немалыми трудностями и ошибками. [c.304]

Эффективным способом защиты поверхностей от высокотемпературного потока является изготовление их из пористого материала и принудительный вдув (транспирация) охладителя через поры в пограничный слой. Аналогичная задача уже рассматривалась выше для ламинарного пограничного слоя при УофО. Надежных аналитических решений для теплообмена при турбулентном пограничном слое со вдувом и отсосом пока нет, поскольку очень мало известно о влиянии вдувания и отсасывания на структуру пограничного слоя. Имеются лишь приближенные решения этой задачи, удовлетворительно согласующиеся с опытными данными, однако рассмотрение их мы отложим до гл. 15, в которой обсуждается массоперенос в турбулентном пограничном слое. В самом деле, рассматриваемая задача по существу представляет собой задачу массопереноса, и анализ ее в рамках теории диффузионного пограничного слоя значительно удобнее и эффективнее. [c.302]

Рис, 4-1. Заипснность касательного напряжения Тш на стенке от скорости отсасывания в ламинарных пограничных слоях при и (х) = — Сх по [Л. 261]. Отрыв при Т = 0(/"(0) =0). Имеют место соотио-шепия [c.108]

В ряде работ [Л. 305, 306, 348] обобщен метод Поль-гаузена на случай ламинарного пограничного слоя с отсасыванием. В наиболее современном виде такое обобщение дано в [Л. 348]. Для несжимаемого пограничного слоя с отсасыванием интегральное уравнение движения можно записать в виде (при у ,>0) [c.111]

Уравнение (4-20) можно решить численно или графически. Т. П. Торда иллюстрировал применение разработанного им метода на примере отсасывания воздуха из ламинарного пограничного слоя на крыле. Для определения распределения иго(х) уравнение (4-20) решено методом изоклин. [c.113]

К методам приближенного расчета ламинарного пограничного слоя, использующим интегральные уравнения количества движения и кинетической энергии, относится также метод М. Р. Хэда [Л. 122]. По сравнению с другими методами он является более общим, так как позволяет рассчитать пограничный слой не только на непроницаемой, но также и на проницаемой поверхности, в частности, на поверхности с отсасыванием жидкости из пограничного слоя. [c.141]

В Л. 123] выполнены расчеты характеристик ламинарного пограничного слоя для ряда случаев на пластине при равномерном отсасывании и синусоидальном из.менбнии скорости внешнего потока на пластине с пульсирующим отсасыванием на пластине с отсасыванием, позволяющим поддерживать пограничный слой с Ти)=0 при замедлении скорости внешнего потока по линейному закону на -тгластине с равномерным вдувом однородной жидкости в пограничный слой. Кроме того, исследовано влияние равномерного отсасывания жидкости из пограничного слоя на устойчивость пограничного слоя при обтекании несжимаемой жидкостью крыла с различными значениями отношения толщины крыла к его хорде. [c.148]

Вместе с те.м отсасывание уменьшает толщину пограничного слоя и способствует заполнению профиля скорости в нем. Вследствие этого ламинарный пограничный слой становится более устойчивым и задерживается переход ламинарной формы течения в турбулентную. В результате обтекаиие стенки сопровождается небольшим трением на ее поверхности, поскольку последнее в ламинарном пограничном слое меньше, чем в турбулентном. [c.301]

Книга разделена на четыре части. В первой части в двух вводных главах излагаются без применения какого бы то ни было математического аппарата первоначальные сведения из теории пограничного слоя остальные главы этой части посвящены математической и физической разработке теории пограничного слоя на основе уравнений Навье — Стокса. Во второй части излагается теория ламинарного пограничного слоя, в том числе и температурного пограничного слоя. В третьей части рассматривается переход течения из ламинарной формы в турбулентную, т. е. возникновение турбулентности. Наконец, четвертая часть посвящена турбулентным пограничным слоям. Теорию ламинарного пограничного слоя в настоящее время можно считать в основном ее содержании законченной ее физические особенности полностью разъяснены, а расчетные методы разработаны до большого совершенства и во многих случаях доведены до столь простой формы, что полностью доступны инженеру. Оставшиеся неразрешенными специальные проблемы (например, пограничный слой при течении сжимаемой жидкости и пограничный слой при наличии отсасывания) носят в основном математический характер. Вопрос о переходе ламинарной формы течения в турбулентную, которым впервые начал заниматься О. Рейнольдс в 1880 г., теперь, после нескольких десятилетий безуспешной работы, нашел удачное объяснение. Теория устойчивости В. Толмина, подвергавшаяся долгое время возражениям с различных точек зрения, подтверждена теперь в полном своем объеме весьма тщательными опытами Г. Л. Драйдена и его сотрудников. При изложении проблемы турбулентного пограничного слоя я придерживался в основном полуэмпирических теорий, связанных с представлением о пути перемешивания, введенным Л. Прандтлем. Хотя, согласно последним исследованиям, эти теории несколько недостаточны, тем не менее пока не предложено взамен их ничего лучшего, что могло бы быть непосредственно использовано инженером. Напротив, полуэмпирические теории дают на многие практические вопросы вполне удовлетворительный ответ. [c.12]

Сохранение ламинарного течения приданием стенке специальной формы (ламинаризованные профили). С сохранением в пограничном слое ламинарной формы течения посредством отсасывания весьма сходен способ, осуществляемый посредством придания обтекаемой стенке специальной формы. И этот способ предназначен для уменьшения сопротивления трения путем перемещения точки, в которой течение в пограничном слое из ламинарного становится турбулентным, вниз по течению. Установлено, что в пограничном слое переход ламинарного течения в турбулентное сильно зависит от градиента давления внешнего течения. При понижении давления в направлении течения переход ламинарного течения в турбулентное в пограничном слое происходит при значительно более высоких числах Рейнодьдса, чем при возрастании давления в направлении течения. Понижение давления во внешнем течении сильно увеличивает, а повышение давления, наоборот, сильно уменьшает устойчивость ламинарного пограничного слоя. Это обстоятельство используется для уменьшения сопротивления трения крыльев. Для этой цели сечение с наибольшей толщиной профиля отодвигается далеко назад, что обеспечивает на большей части профиля падение давления, а вместе с тем — и сохранение ламинарного пограничного слоя. К этому вопросу мы еще вернемся в главе XVII. [c.356]

Сводный обзор способов расчета ламинарного пограничного слоя с отсасыванием имеется в работе В. Вюста [ ]. [c.358]

Рис. 14.10. Толщина вытеснения 61 и толщина потери импульса 62 ламинарного пограничного слоя на продольно обтекаемой плоской пластине при непрерывно распределенном отсасывании. По измерениям Дш. м. Кэя [ ]. Теоретические кривые — по Р. Иглишу (см. таблицу 14.1). (а) — точка, в которой начинается

Рис. 14.13. Связь между касательным напряжением То на стенке и скоростью отсасывания для ламинарных пограничных слоев, получающихся при внешнем течении и х) — щхгп, по К. Ник-келю [ ]. Положение точки отрыва определяется условием То = О, т. е. условием /" (0) = 0. Имеют

Рис. 14.14. Ламинарный пограничный слой на симметричном профиле Жуковского при непрерывно распределенном отсасывании Vq (а ) = onst угол атаки а = 0. Расчет выполнен по Э. Труккенбродту [ ]. 6 — толщина потери импульса

Рис. 17.14. Зависимость коэффициента сопротивления ламинаризованных и нормальных х офилей от числа Рейнольдса. По работам [ ] и [ ]. ЪВ 24 — японский ламинаризованный профиль. Профиль с отсасыванием — по В. Пфеннингеру. Кривая (1) — коэффициент сопротивления продольно обтекаемой плоской пластины при ламинарном пограничном слое кривая (2) — при полностью турбулентном пограничном слое кривая (3) — при переходе течения в пограничном слое из ламинарной формы

Однако более точный расчет показывает, что для сохранения погранич-ного слоя ламинарным коэффициент Q должен быть значительно выше, чем 1,4 10 . Это вполне понятно, так как асимптотический профиль скоростей возникает не сразу, а только начиная с некоторого расстояния от передней кромки пластины. Впереди этого профиля, вблизи передней кромки пластины, имеется профиль скоростей Блазиуса, который только постепенно на протяжении определенного начального участка переходит в асимптотический профиль. Такой начальный участок ламинарного пограничного слоя с отсасыванием показан на рис. 14.8. Профили скоростей в начальном участке имеют меньший предел устойчивости, чем асимптотический профиль, и поэтому здесь для сохранения ламинарного течения необходимо вести отсасывание в большем количестве, чем это следует из формулы (17.11). [c.467]

Одна из моделей крыла с симметричным профилем и хордой Ь = 1,5 м имела 62 щели, расположенные на одной стороне. Исследования, которые велись в диапазоне чисел Re = (1,5- 4,7) 10 , показали, что полученный за счет отсасывания выигрыш в сопротивлении возрастал с увеличением числа Рейнольдса, так как при этом уменьшалась протяженность естественного ламинарного обтекания. Практически полная ламинаризация пограничного слоя в этом случае приводит к уменьшению эффективного коэффициента сопротивления, получаемого с учетом мощности, затрачиваемой на отсос, на 41 о при числе Ке = 1,52-10 и на 60% при числе Ре = 4,7-10 . Коэффициент суммарного расхода воздуха Q в этих экспериментах не превышал 0,00106. [c.440]

Для всей механики жидкости и газа фундаментальное значение имеет явление перехода ламинарной формы течения в турбулентную. Впервые это явление было подробно исследовано О. Рейнольдсом в восьмидесятых годах прошлого столетия при изучении движения воды в трубах. В 1914 г. Л. Прандтлю удалось экспериментальным путем, на примере обтекания шара, показать, что течение внутри пограничного слоя также может быть либо ламинарным, либо турбулентным и что процесс отрыва потока, а вместе с тем и вся проблема сопротивления зависят от перехода течения внутри пограничного слоя из ламинарной формы в турбулентную. В основе теоретического исследования такого перехода лежит предположение О. Рейнольдса о неустойчивости ламинарного течения. В 1921 г. такими исследованиями занялся Л. Прандтль. В 1929 г. В. Толмину после ряда неудачных попыток удалось впервые теоретически вычислить критическое число Рейнольдса для плоской пластины, обтекаемой в продольном направлении. Однако потребовалось еще свыше десяти лет, прежде чем теория Толмина Morjfa быть подтверждена очень тщательными экспериментами X. Драйдена и его сотрудников. Теория устойчивости пограничного слоя позволила объяснить влияние на переход ламинарной формы течения в турбулентную также других факторов (градиента давления, отсасывания, числа Маха, теплопередачи). Эта теория получила важное пр-именение, в частности, при исследовании несущих профилей с очень малым сопротивлением (так называемых лами-наризованных профилей). [c.17]

Из этого соотношения видно, что в области повышения давления dpidx > 0) при отсасывании, вследствие того что Уо < О, кривизна профиля скоростей на стенке уменьшается. На основании сказанного в главе VH это означает, что точка отрыва перемещается вниз по течению, а это, как мы увидим в главе XVII, приводит к повышению устойчивости пограничного слоя. Оба эти эффекта отсасывания — предупреждение отрыва и перемещение точки перехода ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное в сторону больших чисел Рейнольдса — подтверждаются экспериментами. [c.358]

Поскольку отсасывание пограничного слоя позволяет сохранить в нем ламинарную форму течения, особый интерес представляет определение влияния равномерно распределенного отсасывания на уменьшение сопротивления пластины. На рис. 14.9 построены кривые, изображающие зависимость коэф-ч )ициента сопротивления от числа Рейнольдса для пластины с равномерно распределенным отсасыванием. При очень больших числах Рейнольдса UooHv, когда преобладающая часть пластины лежит в области асимптотического [c.359]

Приближенный способ расчета ламинарных и турбулентных пограничных слоев с отсасыванием, хорошо приспособленный для выполнения на счетных машинах, предложил Р. Эпплер Р ]. Аналогичные приближенные способы для сжимаемого ламинарного слоя с отсасыванием и выдуванием развиты [c.366]

Рис. 14.19. Уменьшение лобового сопротивления крылового профиля, достигаемое ламинаризацией пограничного слоя посредством отсасывания через большое число щелей. По В. Пфеннингеру [ ]. Мощность, затрачиваемая на отсасывание, включена в коэффициент сопротивления, а) Зависимость оптимального коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса Ре кривые (7), (2), (3) — без отсасывания - рривая (1) — плоская пластина, ламинарное течение кривая (2) — плоская пластина, переход ламинарной формы течения в турбулентную кривая (3) — плоская пластина, полностью турбулентное течение, б) Поляры сопротивления при двух различных числах Рейнольдса. Самые малые коэффициенты сопротивления имеют место в весьма широкой области коэффициентов подъем-

При расчете крыльев, на которых пограничный слой должен оставаться ламинарным (безразлично, благодаря ли отсасыванию или вследствие придания крыловому профилю специальной формы), весьма важную роль играет точное знание теоретического потенциального распределения скоростей вдоль профиля. В том и другом случае необходимо, чтобы падение давления происходило на возможно большей части контура профиля. Обширные исследования, связанные с этим вопросом, выполнены С. Голдстейном и его сотрудниками [ ]. Для сохранения пограничного слоя ламинарным по возможности до задней кромки были предложены профили, вдоль которых давление понижается (а скорость течения возрастает) вплоть до некоторого небольшого расстояния от задней кромки, где, наконец, происходит скачкообразное увеличение давления (рис. 14.20). Если, как это предложил Гриффит [ ], расцоложить щель для отсасывания в этом месте, то можно сохранить пограничный слой ламинарным вплоть до щели даже для очень толстых крыльев и, кроме того, предупредить отрыв позади щели. Б. Регеншайт [ ], 1 4 и Б. Твэйтс предложили использовать отсасывание пограничного слоя для такого регулирования подъемной силы очень толстого крыла, чтобы получать одно и то же ее значение независимо от угла атаки. В последнее время неоднократно ставился вопрос об использовании в реактивных самолетах воздуха, отсосанного из пограничного слоя, для получения тяги [ ]. [c.370]

Вопрос о переходе в пограничном слое ламинарной формы течения в турбулентную при наличии отсасывания будет рассмотрен в 3 главы XVII. [c.371]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...