Донное давление при сверхзвуковых скоростях

Проблема донного давления за плоской пластиной при дозвуковых скоростях является классической, но для нее еще не получено удовлетворительного решения. Недавно были проведены исследования донного давления при сверхзвуковых скоростях, однако для получения надежных результатов необходимы дальнейшие исследования. [c.58]

ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ [c.18]

Как отмечалось ранее, экспериментальные и теоретические исследования донного давления при сверхзвуковых скоростях проводились гораздо интенсивней, чем при дозвуковых скоростях. [c.18]

Теория смешения Крокко — Лиза [10] (гл. I) может быть использована для приближенного расчета донного давления в сжимаемом потоке. Эта теория предполагает, что падение давления на донном срезе обусловлено целиком диффузией импульса поперек вязкого слоя, однако концепция простой диффузии импульса, удовлетворительная для сверхзвукового течения, недостаточна для несжимаемого потока, поскольку для несжимаемого потока (кроме диффузии импульса по ширине вязкого слоя) важным фактором является также динамика вихрей [3, 5]. Тем не менее следует отметить, что донное давление при сверхзвуковых скоростях можно рассчитать по донному давлению при дозвуковых скоростях, хотя и существует естественный предел для отрицательного коэффициента донного давления при сверхзвуковых скоростях. Например, максимальный коэффициент донного сопротивления задается в функции числа Маха [6] в виде =-( ) = [c.18]

Расчет донного давления при сверхзвуковых скоростях по донному давлению при дозвуковых скоростях иллюстрируется на фиг. 10. [c.20]

Для исследований донного давления при сверхзвуковых и дозвуковых скоростях Нэш [53] выбрал уступ, расположенный по потоку (фиг. 44). Поток, набегающий на уступ, предполагается стационарным и однородным, кроме области, примыкающей к стенке, где развивается пограничный слой. Поток отрывается у угловой точки 5 и присоединяется в точке В вниз по течению, замыкая отрывную зону малых скоростей, где давление по существу постоянно и равно донному давлению за уступом. Внешний невязкий поток отделяется от вязкой области свободным слоем смешения, начало которого лежит в пограничном слое перед точкой отрыва. Кроме того, принято, что течение в слое смешения аппроксимируется течением смешения при постоянном давлении турбулентного потока с покоящейся жидкостью. Оторвавшийся слой смешения присоединяется в области больших положительных градиентов давления. Резкое возрастание давления разворачивает часть жидкости слоя смешения и она течет в обратном направле- [c.72]

Как видно из фиг. 22 и 23, характеристики донного давления при турбулентном течении заметно отличаются от соответствующих характеристик при ламинарном течении. Влияние угла сужения хвостовой части на донное давление при турбулентном течении с малой сверхзвуковой скоростью за профилем заметно отличается от его влияния в случае тела вращения, причем оно мало для профиля и велико для тела вращения. [c.34]

Описанные процессы силового, массообменного, акустического и теплового взаимодействий рабочего и окружающего газов, наблюдаемые в затопленных струях, имеют место и в свободных спутных струях (см. рис. 1.2, а). Если скорость спутного потока невелика, то процесс формирования струйного течения качественно не отличается от описанного выше При сверхзвуковых скоростях газов выравнивание статических давлений на кромке сопла, где струйный и спутный потоки встречаются впервые, сопровождается образованием исходящих от острой кромки сопла газодинамических разрывов — скачка уплотнения, центрированной волны разрежения или слабого разрыва. Определение типов исходящих в разные газы волн составляет задачу о распаде произвольного стационарного разрыва. Эта задача подробно рассматривается ниже в рамках моделей невязких газов. Решение ее существенно осложняется, если есть необходимость считать газы вязкими, а кромку сопла не острой. В этом случае в окрестности кромки сопла формируется тороидальная донная область с циркуляционным течением. Сильное силовое взаимодействие струйного и спутного газов происходит на некотором удалении от кромки и по характеру напоминает течение в ближнем сверхзвуковом следе за телом. В рамках модели невязкого газа возникающие в результате распада разрывы и исходящие с кромки сопла волны течения за ними разделяются поверхностью тангенциального разрыва. В реальных газах вдоль них, как и на границе затопленной струи (см. рис. 1.2), происходит смешение струйного и спутного газов. Криволинейность в общем случае тангенциального разрыва является причиной возникновения висячего скачка уплотнения внутри волны разрежения, если она образуется в результате распада произвольных разрывов. Поэтому при любых ситуациях в струе рабочего газа образуются бочки, связанные с выходом на границу отраженных от оси скачков уплотнения и их рефракцией на тангенциальном разрыве. В реальных газах эти скачки, изменяя свою форму в слое смешения, выходят в спутный поток, а в струе за ними формируется новая бочка. Как и в [c.20]

Донное давление за телами различной формы (снарядами, фюзеляжами с плоским донным срезом, крыловыми профилями с толстой задней кромкой или плоским срезом и т. д.) при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях в значительной степени зависит от [c.12]

Если течение ламинарное, переход начинается в некоторой точке-между А VI В после пересечения области замыкающего скачка течение в следе становится полностью турбулентным. Профили скорости между точками А жВ такие же, как на границах сверхзвуковой струи, истекающей в окружающее затопленное пространство. Внутри зоны отрыва происходит медленное циркуляционно движение, вызванное вязкостью воздуха [14]. Установившееся равновесие между донным давлением и положением линии BBt обеспечивается благодаря эжектирующему влиянию внешнего потока на течение в зоне отрыва. Часть воздуха вытекает из зоны отрыва, вызывая увеличение угла поворота потока в точке А и уменьшение давления в зоне отрыва. Линия BBi перемещается к донному срезу, при этом отношение давлений в замыкающем скачке возрастает, затрудняя течение эжектированного воздуха и воздуха, движущегося с малой скоростью в пограничном слое, против возрастающего давления в скачке. Противодействие этого эффекта эжектированию внешним потоком воздуха из отрывной зоны, снижающему давление в ней, способствует установлению равновесных условий в донном течении. Качественный характер течения вблизи донного среза за двумерным телом аналогичен. [c.28]

Аналитический подход к решению задачи о донном давлении при сверхзвуковых скоростях основан на предложенной Крокко и Лизом [101 концепции взаимодействия диссипативного вязкого течения с соседним изэнтроническим течением. В гл. I и VII эта теория уже была кратко изложена. Здесь этот метод рассматривается более подробно применительно к расчету донного давления при стационарном течении за тупой задней кромкой профиля. [c.36]

Обширный обзор и правильное представление об отрыве потока, вызванном скачком уплотнения, а также о его влиянии на крылья и способах его предотвращения приведены в работе Пирси [2]. Холдер и Гэдд [3] исследовали взаимодействие ударной волны с пограничным слоем и связь с донным давлением. Фрэзер и др. [4] экспериментально исследовали отрыв потока в соплах при сверхзвуковых скоростях. Краткий обзор, посвященный отрыву газа с акцентированием внимания на гиперзвуковом диапазоне скоростей, был сделан Кауфл1аном и др. [5]. Так как практические аспекты проблемы отрыва выходят за рамки этой главы, заинтересованный читатель может обратиться к цитированной литературе. [c.231]

Происходит переход к установившемуся донному точению (для модели, изображенной на фиг. 13, М = 0,975), область постоянного давленжя возникает внизу по потоку, что свидетельствует об образопавии застойной зоны, и статическое давление в следе приближается к давлению во внепшем потоке без промежуточного плато давления. Таким образом, хотя имеется подтверждение существования дискретных вихрей в следе при сверхзвуковых скоростях, уменьшение их интенсивности таково, что след почти но обнаруживает свойств полностью развитой вихревой дорожки. При исследовании развития следа прежде всего определяется ширина следа Ы в данном сечении как расстояние между точками на противоположных сторонах от центральной линии, в которых значение параметра Щ-Н [c.87]

Кирк [42] независимо от Корста сформулировал задачу о донном течении при нулевой толщине пограничного слоя на теле. Он качественно предсказал влияние вдува воздуха и формы хвостовой части тела на донное давление за уступом при сверхзвуковых скоростях двумерного потока. Он предположил, что существуют четыре основные области, которые следует рассматривать отдельно смешения, замыкания, отрывного течения и основной поток. Течение в области смешения считается в основном таким же, как при свободном смешении окружающего неподвижного воздуха с однородным сверхзвуковым потоком, т. е. направление линий тока в области смешения такое же, как в основном потоке. В области замыкания происходит сжатие, когда верхняя и нижняя области, смыкаясь, ограничивают область отрыва. В области отрывного течения, формирующейся из воздуха, вытекающего из области замыкания, статическое давление постоянно и равно статическому давлению окружающей среды. Основной поток вне области смешения, в области замыкания и в области отрывного течения очень близок к изэнтроническому. [c.61]

Однако формы профиля в начальном оторвавшемся вязком слое очень важны для определения величины донного давления при ламинарном течении [51, 52], следовательно, для усовершенствования метода Чепмена требуется рассмотреть начальный пограничный слой. Несовершенство таких методов, как методы Крокко — Лиза [10] и Корста [30], заключается главным образом в допущении, что возрастание давления, необходимое для замыкания области отрыва, можно приравнять к разности между донным давлением и конечным восстановленным давлением на значительном удалении вниз по потоку. Его следует приравнивать либо к давлению в окружающем невозмущенном потоке, либо к несколько меньшему давлению, чтобы учесть потери при прохождении внешнего потока через замыкающий скачок. Это означает, что точка замыкания области отрыва лежит в области максимального давления, однако, согласно экспериментальным исследованиям сверхзвукового донного течения [10. 25, 34] и взаимодействия ударной волны с пограничным слоем [26. 27. 29], точка нулевого вязкого напряжения, т. е. точка замыкания области отрыва, расположена ближе, чем точка максимального давления. При дозвуковых скоростях замыкание области отрыва происходит в точке, где местное статическое давление превосходит давление во внешнем потоке. Исследование донного давления требует введения дополнительного параметра, а именно отношения приращения давления при замыкании области отрыва к разности между статическим давлением во внешнем потоке и донным давлением. Если обратиться, в частности, к теории Корста 130] (хотя его метод расчета подтверждается наблюдениями и в Пришвине по- [c.71]

В рамках классической теории пограничного слоя [Prandtl L., 1904] задача об асимптотическом состоянии вязкого течения около твердого тела при больших числах Рейнольдса приводит к исследованию областей внешнего невязкого потока и пограничного слоя. Пограничный слой описывается системой уравнений параболического типа, а внешний поток при сверхзвуковых скоростях — системой гиперболического типа. Решения краевых задач для таких систем обладают тем свойством, что распределение искомых функций в некоторой области пространства определяется краевыми условиями на границе, лежащей вверх по потоку от этой области. Такая ситуация имеет место, например, при обтекании тонкого тела потоком с умеренной сверхзвуковой скоростью или в случае гиперзвукового обтекания, если только взаимодействие пограничного слоя с внешним потоком является слабым. Однако если краевые условия заранее неизвестны и подлежат определению при совместном решении задач для обеих областей, то ситуация будет иной. Это относится, в частности, к течению со свободным взаимодействием в области, расположенной перед точкой отрыва потока [Нейланд В. Я., 1969, а глава 1] или перед донным срезом тела [Матвеева Н.С., Нейланд В.Я., 1967 глава 3], а также к гиперзвуковому обтеканию пластинки конечной длины [Нейланд В. Я., 1970] и течению около треугольного крыла при сильном взаимодействии [Козлова И.Г., Михайлов В.В, 1970]. В таких задачах внешнее течение, а значит, и давление в пограничном слое, определяется распределением толщины вытеснения пограничного слоя, которое выражается интегральным образом через искомые функции этого слоя. Следствием интегро-дифференциального характера задачи является то, что возмущения, задаваемые в плоскости симметрии треугольного крыла, могут распространяться по потоку вплоть до его передних кромок. [c.187]

Например, характеристики многих машин, производяш их работу, определяются нестационарными явлениями, о которых исследователи имеют до сих пор довольно поверхностное представление. Особое значение эта проблема имеет для течений за лопатками газовых и паровых турбин. Лопатки с острыми выходными кромками для малоразмерных турбин выполнить практически невозможно. В крупногабаритных турбинах нередко также нельзя сделать тонкие кромки из условий обеспечения прочности или охлаждения лопаток. Выходные кромки могут иметь и плоскую торцевую поверхность, но обычно на практике применяют лопатки со скругленными кромками. И при дозвуковых, и при сверхзвуковых скоростях статическое давление непосредственно за тупой выходной кромкой меньше, чем в прилежащем основном потоке. Это относительно низкое давление называют донным. Оно проявляется в дополнительном донном сопротивлении профиля. Хотя донное сопротивление существует и при дозвуковых, и при сверхзвуковых течениях, порождается оно в этих случаях различными причинами. При дозвуковых течениях фактором, определяющим сопротивление профиля, является существование вихревой дорожки Кармана. При сверхзвуковых течениях периодический сход вихрей с выходных кромок может подавляться в этом случае будут преобладать эффекты потери импульса, связанные с волнами расширения и сжатия. [c.225]

Для областей отрыва потока за донным срезом и в вырезах перед уступами или за ними при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях переход пограничного слоя является важным фактором, влияющим на критическую длину (см. ниже), которая в первом приближении не зависит от чисел Рейнольдса и Маха. Существует максимальное (критическое) отношение длины оторвавшегося вязкого слоя к глубине выреза в твердой стенке, при превышении которого каверна разрушается с образованием самостоятельных областей отрыва около каждого края выреза. Путем измерения распределений давления и скорости в кавернах Харват ж др. [8] выявили условия образования самостоятельных каверн в вырезах и установили параметры, определяющие структуру течения и распределение давления. Харват использовал две модели одну для измерения давления, другую — для исследования теплопередачи. Так как вторая модель будет рассмотрена в гл. XI, сосредоточим внимание только на модели для исследования характеристик потока. Исследования Харвата [8] являются экспериментальными и касаются главным образом физики отрыва потока [c.32]

В работе [37] общие положения теории применены к расчету течения перед донным срезом тела и донной областью отрыва. Для решения задачи о локально невязком течении использован метод интегральных соотношений Дородницына [38]. Как показывает сравнение результатов расчета [37] с экспериментальными данными [39] (проведенное в работе [40]), уже для первого приближения распределение давления вдоль поверхности тела определяется достаточно точно (фиг. 9). В работе [40] также в рамках асимптотической теории рассмотрено течение перед донным срезом, но только при гиперзвуковой скорости внешнего невязкого потока. Взаимодействие гиперзвукового потока с пограничным слоем на основной части тела предполагается слабым (Мсх>т 1, где т — характерный наклон эффективной границы, образованной толщиной вытеснения пограничного слоя). В этом случае изменение давления на порядок величины происходит на длинах порядка МооТ, однако область с большими поперечными перепадами давления имеет характерную длину порядка т, как и при умеренных сверхзвуковых скоростях. [c.250]

Краевая задача, аналогичная (4.93), сформулирована в теории тонкого слоя [Матвеева Н.С., Нейланд В. Я., 1970 Левин В.А., 1973], описывающей сверхзвуковое обтекание пористых плоских поверхностей для скорости вдува 0 е) < < 0(1), при которой отсоединение происходит в малой окрестности передней кромки. Для такого режима последнее краевое условие в (4.93) имеет вид /(Х2,1) = О, так как слой смещения поглощает нулевой в первом приближении расход газа. Другое отличие от исследованного ранее режима течения заключается в том, что Р(0) = onst (в теории тонкого слоя при постоянной скорости вдува возмущение давления имеет вблизи передней кромки логарифмическую особенность). Величина возмущения давления Р(0) заранее не определена и зависит от донного перепада давлений. Краевая задача (4.93) описывает процесс передачи возмущений вверх по потоку от донного среза до точки отсоединения. Результаты численного интегрирования (4.93) представлены на рис. 4.14, где изображены рещения Р Х2) для Р(0) = 1,01 и 1,03. Следует отметить, что Р(0)>0, в противном случае область невязкого течения не существует. Рост [c.170]

В работе [Матвеева Н.С., Нейланд В.Я., 1970 Левин В.А., 1973 Kassoy D.R., 1973] исследованы течения с интенсивным вдувом, приводящим к образованию области невязкого пристеночного течения на всей поверхности тела (пластины). Падение давления вдоль поверхности, приводящее к разгону вдуваемого газа обеспечивалось формой контактной поверхности, которая индуцировала отрицательный градиент давления в дозвуковом [Kassoy D.R., 1973] и сверхзвуковом [Матвеева Н.С., Нейланд В.Я., 1970] внешних течениях, при специальном выборе распределения скорости вдува. Отрицательный градиент давления может индуцироваться и при равномерно распределенном вдуве за счет донного перепада давлений [Матвеева Н.С., Нейланд В. Я., 1970]. Во всех этих случаях существенную роль играет взаимодействие течения в пристеночной области невязкого течения и внешнего потока. [c.167]

Скорость истечения дутьевого агента на вертикальных фурмах может быть звуковой и сверхзвуковой (через сопла Лаваля), на горизонтальных и донных - обычно ниже звуковой во избежание интенсивного износа головок фурм и околофурменных участков агрегата в связи с появлением гидродинамических обратных ударов . Давление дутья при боковой и донной продувке находится на уровне 80,0 - 140,0 кПа, при верхнем дутье - 800 - 1000 кПа. Остальные параметры некоторых фурм приведены в [61]. [c.110]

Ухудшение точности проистекает из неопределенности при М->0. Даже при поверхностном знакомстве с газовой динамикой ясно, что для сверхзвуковых течений используются отношения давлетий, например отношение давлений в донной области Рг = Рв/Роо, в ТО время как для течений несжимаемой жидкости используются разности давлений ), например коэф фициент давления в данной области Срв = (Рв ОО) ГДб joo СКОрОСТ" ной напор в невозмущенном потоке, т. е. [c.422]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...