Поверхности тока в трехмерном потоке

Поверхности тока в трехмерном потоке. [c.42]

Понятия линии отрыва , поверхность отрыва были рассмотрены в ряде работ [28, 29, П ] и др. Под словами отрыв для двумерного пограничного слоя обычно понимают случай, который возникает, когда нулевая линия тока отходит от тела и течение из пограничного слоя проникает во внешний поток. В трехмерном пограничном слое линию отрыва в некоторых работах определяли как огибающую предельных линий тока на поверхности тела. При этом предельная линия тока проходит через точку на поверхности тела, в которой напряжение трения обращается в нуль. В других работах (например, [28]) под поверхностью отрыва понимают предельную поверхность тока, которая разделяет потоки, приходящие из разных областей. В работе [29] введено понятие необходимого условия отрыва [c.167]

Уравнения движения удовлетворяются на пересечениях двух семейств поверхностей тока. В идеальном случае все поле трехмерного течения должно получаться в результате итерационного-процесса решения для потока на двух семействах поверхностей. Однако при получении численного решения возникают математические трудности в отношении функции тока. Для их преодоления важно иметь хорошо отлаженную программу расчета, ориентированную на ЭВМ с соответствующим обеспечением. Существуют и более упрощенные, но менее точные методы анализа. [c.91]

Согласно опытным данным, отрыв трехмерного потока может происходить без возвратного течения и нулевого поверхностного трения, поэтому необходим более общий подход к оценке такого отрыва. Этот подход основан на понятии поверхностных линий тока, согласно которому отрыв происходит в той точке, где встречаются две пространственные линии тока, касательные друг к другу и к стенке. Обе эти линии сливаются и отходят от поверхности в виде единой разделяющей линии тока. В соответствии со сказанным линия отрыва должна быть огибающей разделяющих линий тока. Таким образом, если найдены поверхностные линии тока, то может быть определена линия отрыва. [c.102]

Таким образом, трехмерная задача расчета течения в турбомашине разбивается на две значительно более простые двухмерные задачи ]) построения осесимметричных поверхностей тока, 2) расчета обтекания аэродинамической решетки, расположенной на поверхности вращения в слое переменной толщины. Решения, полученные на основе такой постановки, удовлетворяют требованиям практики, так как позволяют найти изменение параметров потока по радиусу, а также установить условия обтекания каждого сечения решетки. [c.250]

Тот факт, что размеры г з и / изменяются при переходе от двухмерного к осесимметричному потоку (фактически при изменении ориентации ортогональных семейств поверхностей тока), заставляет интересоваться, каковы будут их размеры в настоящем трехмерном потоке. При таких обстоятельствах может быть лучше считать гр и / чисто числовыми функциями и для сохранения однородной размерности ввести эталонные переменные соответствующей размерности. Так, если представить, что г з и у являются безразмерными функциями координат пространства, умножение их на эталонные расходы потока (или произведение эталонной скорости и квадрата эталонной длины) позволяет записать общие уравнения следующим образом [c.45]

Уравнения двумерного пограничного слоя являются уравнениями параболического типа. Общие свойства уравнений двумерного пограничного слоя сохраняются и для пространственного пограничного слоя. Это означает, что главный механизм, определяющий характер течения в направлении, перпендикулярном к стенке, является механизмом диффузии момента количества движения и диффузии потока тепла в сжимаемых средах. Произвольное возмущение мгновенно передается поперек пограничного слоя, так как в этом направлении скорость диффузии бесконечно велика. Произвольное возмущение в пограничном слое распространяется вдоль линий тока с конечной скоростью. В трехмерном пограничном слое возникает понятие о зоне зависимости и о зоне влияния [14]. Возмущение, возникающее в некоторой точке пограничного слоя, распространяется не на всю его область, а только на пространство влияния этой точки. Область зависимости и область влияния определяются в виде клина, образованного двумя поверхностями, перпендикулярными к поверхности, проходящей через предельную линию тока на теле и линию тока внешнего течения. Угол между двумя поверхностями задает максимальный угол разворота вектора скорости в плоскости, касательной к поверхности тела. Когда угол между двумя поверхностями стремится к нулю, предельные линии тока имеют то же направление, что и линии тока внешнего течения, и области зависимости и влияния вырождаются в одну поверхность, перпендикулярную к поверхности тела. Если начальные условия заданы на некоторой поверхности, перпендикулярной к поверхности тела, т. е. известны составляющие скорости (в несжимаемой жидкости) и температура или энтальпия (в сжимаемом газе), тогда решения уравнений пространственного пограничного слоя можно найти только в некоторой области, определяемой областью, которая зависит от начальных данных на поверхности. Правильную картину течения в пограничном слое, особенно вблизи отрыва , можно построить только с учетом перетекания жидкости, т. е. зон зависимости и зон влияния. [c.135]

Расчет трехмерного пространственного потока жидкости представляет большие трудности. Поэтому приходится прибегать к упрощающим представлениям. Например, считается целесообразным так проектировать ступень лопаточной машины, чтобы линии тока жидкости образовывали поверхности тока, близкие к соосным поверхностям вращения. При этом можно ожидать уменьшения потерь и, кроме того, упрощается расчет машины. Следовательно, рассчитывая параметры в граничных сечениях лопаточного венца (на входе и на выходе), принимают изменение параметров, характерное для состояния равновесия жидкости в направлении нормали к поверхности тока, т. е. налагают требование [c.79]

Если граничные поверхности образуют трубу или канал с изменяющимся по длине поперечным сечением, то поток является трехмерным или пространственным, но в некоторых случаях приближенно может быть сведен к одномерной модели. Это возможно сделать, если кривизна линий тока (или струек) мала, а также мал образуемый ими угол (рис. 57). Потоки, удовлетворяющие этим условиям, называют плавно изменяющимися. Ввиду малости угла между линиями тока живые сечения слабо искривлены и приближенно могут считаться плоскими. Тогда, выбирая продольную геометрическую координату вдоль оси потока, проходящей через центры тяжести живых сечений, можно плавно изменяющийся поток рассматривать как одномерный. [c.146]

Течение около крыла конечного размаха при малом угле атаки является примером трехмерного течения. В этом случае отрыв потока происходит на острой кромке и линии тока, сходящие с поверхности крыла, образуют некоторую конфигурацию, около которой формируется основное течение. Часто сходяш,ие с поверхности линии тока свертываются в вихрь, как показано на фиг. 35. Это явление описал и объяснил Дин [35]. [c.44]

Основное отличие гидродинамики трехмерного течения в пограничном слое от двумерного заключается в появлении поперечного, или, как его еще называют, вторичного течения. Линии тока внешнего идеального течения на поверхности тела искривлены. Внутри пограничного слоя существует градиент давления, перпендикулярный к линиям тока внешнего течения, наряду с градиентом давления вдоль этих линий. При обычных предположениях теории пограничного слоя давление поперек пограничного слоя постоянно, т. е. совпадает со значением на внешней границе пограничного слоя. Так как скорость в пограничном слое уменьшается по мере приближения к поверхности тела, центробежные силы, действующие против сил давления, уменьшаются вблизи стенки. Поэтому результирующее направление линий тока внутри пограничного слоя отличается от направления на внешней границе. Поперечный градиент давления создает поперечный поток и вызывает поперечные напряжения. Внутри пограничного слоя развивается вторичное течение, направленное в центр кривизны внешних линий тока. Поперечное течение может изменить свое направление по отношению к линии тока внешнего течения внутри пограничного слоя. Если поперечное течение имеет различное направление по отношению к линии тока на разном расстоянии от поверхности тела, то образуются 5-образные профили поперечной скорости. Изменение направления течения в различных сечениях приводит к значительному усложнению картины течения в пограничном слое. Небольшое поперечное течение вызывает сильное изменение характера потока в пограничном слое при положительном градиенте давления. Из-за вязких сил течение вблизи тела значительно ослабевает и поперечное течение может увлечь за собой весь поток, что и происходит вблизи линии отрыва . [c.134]

Некоторые другие результаты по обтеканию сферических частиц и круговых цилиндров сдвиговым потоком. В работе [221] рассматривалось движение свободно взвешенной твердой сферической частицы в простом сдвиговом потоке. В этом случае в граничных условиях (2.5.1) все коэффициенты - за исключением равны нулю. Наличие здесь антисимметричной составляюш,ей у тензора сдвига (см. разд. 1.1) приводит к враш,ению частицы из-за условия прилипания жидкости на ее поверхности. В стоксовом приближении было получено аналитическое решение соответствуюш,ей трехмерной гидродинамической задачи. Обнаружено, что к частице примыкает область с замкнутыми линиями тока, а вне этой области все линии тока разомкнуты. [c.64]

Развитое пристенное турбулентное движение рассматривается как движение двух кинематически и динамически взаимосвязанных вязкой и турбулентного сред, отличающихся друг от друга физико-механическими свойствами (вязкостью, теплопроводностью и диффузией). При определенных условиях образуется как бы двухфазная среда вязкая возле твердой поверхности и турбулентная - в основном потоке, при этом поверхность сред покрыта сложной системой волн (табл. 3.1, по Ф. Г. Галимзянову). Волновая поверхность раздела имеет пространственную трехмерную структуру. Волны сильно изменяются по дтине и амплитуде. Некоторые волны могут иметь амплитуду большутэ, чем толщина вязкой среды возле твердой поверхности. При движении турбулентной среды по кривым линиям тока, образованным волнами (рис. 3.1), возникают центробежные силы, которые уравновешиваются град- [c.48]

Отрыв определяется здесь как явление, при котором весь поток отсоединяется от поверхности. Для течения в пограничном слое около плоской поверхности, вызываемого непрерывным полем сил, соответствующим течению в канале З-образной формы, Мейгер рассчитал поверхностные и потенциальные линии тока. Течение в пограничном слое направлено к стенке канала, наиболее близкой к центру его кривизны, т. е. если канал имитирует собой двойной ряд лопаток, то течение в пограничном слое направлено к подсасывающим поверхностям первого ряда лопаток. Благодаря смещению пограничного слоя происходит перераспределение количества движения в основном течении. Поперечные течения являются важным фактором для отрыва трехмерных потоков такого типа. [c.111]

Достаточно хорошо известно, что в областях присоединения оторвавшегося от твердой поверхности сверхзвукового двумерного и осесимметричного потока возможно появление узких областей-пиков теплового потока, намного превышаюш его тепловой поток на окрестной части поверхности. Область отрыва в двумерных течениях представляет собой замкнутую область циркуляционного течения в области присоединения к твердой поверхности подходит разделяюш ая поверхность тока и течение сходно со струей, встречающейся с твердой поверхностью. В трехмерных отрывных течениях на циркуляционное течение накладывается продольное течение (направление которого не изменяется) и вместо замкнутой области образуется незамкнутая область винтового течения. В трехмерных отрывных течениях пики теплового потока экспериментально обнаружены недавно и влияние на их появление параметров Мс , Кеоо, формы и угла атаки тела изучено еще недостаточно. Вместе с тем пики теплового потока представляют большую опасность для летательных аппаратов, так как по величине они могут на порядок превосходить тепловой поток к окрестной части подветренной поверхности и достигать величин, характерных для наветренной поверхности, поэтому изучение возможностей их уменьшения весьма актуально. [c.272]

Обнаружена глубокая аналогия между трехмерным пограничным слоем (или энтропийным слоем) на режимах взаимодействия и двумерным невязким сверхзвуковым потоком. На хо лодных телах и в следе уравнения пограничного слоя, кроме поверхностей тока, обладают еще двумя семействами характеристик (как сверхзвуковой поток), ограничивающих области переда чи возмущений. Для докритического режима аналогичного дозвуковому потоку решение вблизи передней кромки содержит произвольную функцию, которая может определяться из условий на особой линии, аналогичной звуковой линии невязкого потока. Получены уравнения характеристик и звуковых линий, условия отпирания и запирания возмущений. Исследованы, в частности, закритические течения на треугольном крыле с докритиче скими и закритически ми передними кромками. (Аналогия с дозвуковыми и сверхзвуковыми передними кромками для крыла в сверхзвуковом потоке невязкого газа.) [c.306]

В предыдущем разделе на частном примере треугольного крыла обнаружена аналогия между распространением возмущений в сверхкритическом трехмерном пограничном слое и сверхзвуковом потоке невязкого газа. Показано, что при изменении стреловидно сти крыла можно иметь аналогию с обтеканием крыльев сверхзвуковым потоком невязкого газа, имеющих сверхзвуковые или дозвуковые передние кромки. В случае режима сильного гиперзвукового взаимодействия — это наличие вблизи передних кромок закритических областей при малых значениях угла стреловидности передней кромки или их отсутствие при больших углах стреловидности. Естественно попытаться построить характеристические поверхности и соответствующие соотношения в общем случае (помимо характеристик, связанных с поверхностями тока, см., например, [Wang К., 1971]). [c.317]

Для точного определения членов осреднения %, i и формы средней поверхности тока необходимо знать полное трехмерное нестационарное-поле потока однако практически, с точностью до членов порядка 1 вадрата пульсаций (в окружном направлении и по времени), функции х и v определяются геометрическими параметрами межлопаточных каналов, а пульсационные члены R опускаются. (Такое обычно принимаемое упрощэние соответствует модели течения через турбомашину с бесконечно большим числом лопаток, толщина которых учитывается коэффициентом стеснения О <С X < ) оценки погрешности упрощенной осесимметричной [c.146]

Микроструктура закрученного потока представляет особый интерес для понимания физического механизма процессов течения и тепломассообмена. На структуру турбулентного течения в камере энергорааделения вихревых труб значительно влияют особенности радиального распределения осредненных параметров и кривизна обтекаемой газом поверхности. При этом поле турбулентных пульсаций закрученного ограниченного потока всегда трехмерное и имеет особенности, отличающие его от турбулентных характеристик незакрученных течений [15, 18, 30, 181, 196]. На рис. 3.11,а показаны интенсивность турбулентности е закрученного потока в системе координат, связанной с криволинейной линией тока, где — продольная, — поперечная и ц — радиальная составляющие турбулентных пульсаций в зависимости от относительного расстояния до стенки камеры энергоразделения y/R. [c.115]

Связь между концепцией поверхностных линий тока и вязкостью при отрыве потока заключается в том, что поверхностные линии тока определяют схему течения в вязкой области. Следовательно, физическую природу отрыва трехмерного течения можно понять, если знать возможные схемы этого течения. Маскелл расчленял отрывное течение на две вязкие области свободный вихревой слой и застойную область (каверну). Если размеры тела конечны, то поток сходит с тела на задней кромке. Конечно, поток может оторваться выше по течению от задней кромки. Этот вид схода потока с тела принадленшт к классическим, а сход потока на задней кромке ранее не рассматривался как отрыв. Теперь в соответствии с анализом Маскелла сход потока на задней кромке также рассматривается как отрыв, поскольку в этом случае пограничный слой отделяется от поверхности тела. [c.44]

Весьма эффективным средством измерения теплового потока являются термоиндикаторные покрытия, изменяющие цвет или прозрачность при определенной, не зависящей от давления температуре ГЗ, 4, 12. В качестве типичного примера для осесимметричных течений на фиг. 16 представлена фотография модели, покрытой термоиндикатором (нерасплавившийся индикатор белого цвета через узкий слой расплавившегося индикатора видна темная модель). Полезны для понимания структуры течений спектры предельных линий тока, получаемые путем размывания потоком точек краски, нанесенных на поверхность модели. Признаком отрыва служит появление огибающей предельных линий тока и изменение направления напряжений трения линия отрыва является линией отекания , линия присоединения — линией растекания . Следует отметить, что этих сведений иногда далеко не достаточно для исчерпывающего понимания трехмерных отрывных течений, как будет видно из дальнейшего, и для достижения этой цели необходимы либо исследование внешней части сжатого слоя, либо расчет. [c.272]

Развит метод коррекции образующих двумерных ( плоских и квази-трехмерных ) профилей и осесимметричных тел с протоком (мотогондол), обтекаемых околозвуковым потоком идеального (невязкого и нетеплопроводного) газа. Местные сверхзвуковые зоны (м.с.з.), возникающие у их поверхности, обычно замыкаются скачками уплотнения. В м.с.з. у поверхности скорректированных тел скачков нет, т.е. они являются суперкритичес-кими . В основе метода лежит расчет установлением по времени транскритического (по давлению) обтекания исходных тел композитным газом (к.г.). При давлениях выше критического , отвечающего звуковой скорости потока, к.г. тождественен нормальному газу, в котором при стационарном течении возможно образование м.с.з. с замыкающими скачками. При давлениях ниже критического нормальный газ заменяется фиктивным . С падением давления в стационарном течении фиктивного газа скорость звука растет, причем быстрее скорости потока. Поэтому при стационарном течении к.г. при давлениях ниже критического не возникает м.с.з. и скачков. Данные на звуковой ( критической ) линии, получающейся при обтекании исходного тела к.г., используются для расчета методом характеристик течения нормального газа в закритической (для него - сверхзвуковой) зоне. Построенная методом характеристик линия тока, соединяющая без изломов звуковые точки исходной образующей, дает ее скорректированный участок, обтекаемый с безударной м.с.з.. Возможности метода демонстрируются примерами. [c.250]

На рис. ЗЛЗ приводится схема течения на эллипсоиде, с соотношением полуосей 6 6 1 под углом атаки На наветренной стороне линия отрыва приближается к концу эллипсоида. Линии тока сходят с поверхности На подветренной стороне картина течения в пограничном слое усложняется. На боковой поверхности можно выделить два симметрических спиральных вихря (точка С), которые распространяются во внешний поток. Образуется внутренняя застойная зона (точка D). На подветренной стороне эллипсоида в точке А получается особенность типа устойчивого трехмерного узла , в точке S — седлового узла, в точке С —редловой спирали, в точке D — линии седловых точек. [c.172]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...