Переход в пограничном слое на плоской пластине

ПЕРЕХОД В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ НА ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЕ [c.142]

Особый интерес представляет неустойчивость ламинарного течения в пограничном слое и возникновение в кем турбулентности. Значимость этого вопроса определяется тем, что во многих случаях встречаются смешанные пограничные слои с участками ламинарного и турбулентного режимов. Для расчета таких слоев необходимо располагать не только методами расчета каждого из них, но и способами определения размеров переходной зоны или, по крайней мере, положения точки перехода. Рассмотрим в общих чертах переходные явления в пограничном слое на плоской пластине. [c.361]

Рис. 3-1. Упрощенная модель перехода в пограничном слое из ламинарного в турбулентное течение на плоской пластине.

Явление перехода было обнаружено также и в пограничном слое на обтекаемом теле. Наиболее просто переход наблюдать на плоской пластине. С увеличением расстояния х от передней кромки пластины увеличивается число Рейнольдса [c.150]

На основе результатов комплексного экспериментального исследования характеристик отрывного течения, реализующегося при переходе от "свободного" к "несвободному" взаимодействию плоских ударных волн с пограничным слоем на пластине со скольжением, построена модель, позволяющая рассчитывать параметры возвратного течения в области отрыва. Проведен анализ влияния числа Маха возвратного потока в отрывной области на свойства внутреннего отрыва пограничного слоя. Указаны особенности течения взаимодействия, обусловленные переходом в пограничном слое. [c.66]

Рассматривается следующая задача плоская пластина, расположенная в потоке под нулевым углом атаки, обдувается некоторым газом, не взаимодействующим с веществом пластины. Условия течения таковы, что на поверхности пластины происходит фазовый переход твердое тело — газ (сублимация). Требуется определить распределение продуктов возгонки, скорость сублимации и тепловой поток на пластину. Задача решается методом пограничного слоя. Течение в пограничном слое предполагается ламинарным. [c.169]

Плоская стенка (пластина). При течении жидкости (газа) вдоль плоской поверхности (пластины) на начальном участке, пока пограничный слой тонкий, течение ламинарное. Далее, на некотором расстоянии дг р от передней кромки пластины, течение в пограничном слое становится турбулентным. Условная граница перехода ламинарного режима в турбулентный определяется критическим числом Рейнольдса [c.228]

Для турбулентного пограничного слоя с градиентом давления иа непроницаемой поверхности выражение, стоящее в уравиении (14-32) в фигурных скобках, имеет вид 1,25 —(Я-Ь1)Г]. В случае турбулентного пограничного слоя на проницаемой плоской пластине это выражение переходит в 1,25(/- -С). В [Л. 20] показано, что для неизотермического турбулентного пограничного 34—37 517 [c.517]

При обтекании гиперзвуковым потоком на режиме сильного вязкого взаимодействия холодного плоского треугольного крыла при значениях угла стреловидности передней кромки меньше критического в пограничном слое возникают области закритического и докритиче ского течения [Нейланд В. Я., 1974, б Дудин Г.Н, Липатов И.И., 985]. В первой из них возмущения не распространяются вверх по потоку и реализуется автомодельное течение, соответствующее обтеканию полубесконечной скользящей пластины. С увеличением угла стреловидности размер областей с закритическим режимом течения, расположенных около передних кромок, уменьшается и при достижении критического значения на всем крыле реализуется докритический режим, в котором возмущения распространяются от плоскости симметрии крыла вплоть до передних кромок. В общем случае указанное течение описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных. Численные решения соответствующей краевой задачи показали [Дудин Г.Н., 1997], что значение координаты перехода зависит не только от угла стреловидности, но и от величины показателя адиабаты 7 = Ср/Су Ср и Су — соответственно удельные теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме). Уменьшение параметра е = 7 — 1 приводит к значительному увеличению протяженности областей закритического течения [Дудин Г.Н., 1997]. В настоящем разделе исследовано обтекание треугольных крыльев с удлинением порядка единицы в случае, когда величина е является асимптотиче ски малой. [c.365]

Ланге [22] собрал экспериментальные результаты по взаимодействию скачка уплотнения с двумерным пограничным слоем, опубликованные до июля 1953 г. Эти эксперименты проводились с плоскими пластинами, на которых устанавливались уступы или клинья (фиг. 21, 22). Падающий на пластину скачок уплотнения создавал положительный градиент давления, достаточный, чтобы вызвать отрыв потока. При переходе через скачок давление возрастает, и разность давлений на фронте скачка распространяется в нижних слоях пограничного слоя. Таким образом, появляющийся на стенке градиент давления определяется свойствами пограничного слоя и интенсивностью скачка уплотнения. Однако отрыв потока вызывается главным образом перепадом давления в скачке уплотнения, поэтому, возможно, существует критический перепад давления, который достаточен, чтобы вызвать отрыв потока. Рассмотрим отдельно отрыв потока при взаимодействии скачка уплотнения с ламинарным и турбулентным пограничными слоями. [c.33]

Влияние теплопередачи. Основные особенности влияния теплопередачи от стенки к текущей среде на устойчивость ламинарного пограничного слоя легко обнаруживаются уже в случае несжимаемого течения, поэтому мы поясним их сначала в этой упрощенной постановке. Некоторые экспериментальные исследования о влиянии теплопередачи на переход ламинарной формы течения в турбулентную выполнил еще в сороковых годах В. Линке Р ]. В этих экспериментах измерялось сопротивление трения вертикально поставленной плоской пластины, подвергавшейся нагреванию, при ее горизонтальном обтекании. Измерения показали, что в области чисел Рейнольдса Rez от 10 до 10 нагревание приводит к значительному повышению сопротивления трения. Отсюда Линке сделал правильный вывод, что нагревание пластины понижает критическое число Рейнольдса, что и влечет за собой заметное увеличение сопротивления трения в наблюдавшейся области чисел Рейнольдса, т. е. в той области этих чисел, которая соответствует переходу ламинарной формы течения в турбулентную. [c.475]

Экспериментально установлено, что ламинарный- пограничный слой на плоской пластине при отсутствии градиента давления ( ос = onst) устойчив при числах Re, , меньших приблизительно 8-10 , Если же степень турбулентности внешнего течения очень низка и поверхность пластины достаточно гладкая, то ламинарный пограничный слой может сохраняться даже при числах Re в несколько миллионов. В инженерных расчетах, если не имеется другой информации (а тут пока незаменимы надежные опытные данные, полученные в рабочих условиях), обычно принимают, что переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному происходит в диапазоне Re от 2-10 до 5-10 . Эти данные, как видно, довольно неопределенны. Они относятся к обтеканию гладких поверхностей потоками с достаточно высокой турбулентностью внешнего течения. [c.120]

Ещё более сложные и разнообразные процессы обнаруживаются при переходе от ламинарного течения к турбулентному в пограничных слоях вблизи твёрдых поверхностей. В простейшем случае пограничного слоя на плоской пластине его толщина 5 v.v/ o и локальное число Рейнольдса Re-buo/v растут с расстоянием. y вдоль потока. Линейный анализ устойчивости показывает, что достаточно слабые возмущения, распространяясь вдоль потока, должны неизбежно затухать. Поэтому, как и в случае течения Пуазёйля с докритич. неустойчивостью, на характер перехода влияет уровень возмущений в набегающем потоке, запускающих нелинейные механизмы, а в переходной области также наблюдаются турбулентные пятна, хотя и с несколько отличающимися параметрами. При заданий регулярных нач. двумерных возмущений (капр., с помощью вибрирующей ленты) с ростом Re (т. е. [c.179]

Рис. 16.17. Осциллограмма пульсации и скорости случайных ( естественных ) возмущений в ламинарном пограничном слое на плоской пластине, обтекаемой воздухом в продольном направлении. Получена при измерении перехода ламинарного течения в турбулентное. По Шубауэру и Скрэмстеду I ]. Расстояние точки замера от стенки равно 0,57 Л1Л1, скорость набегающего течения и до— 4 м/сек промежуток между каждыми двумя отметками времени, изображенными в виде точек, равен 1/30 сек.

Рис. 16.21. Измерения перехода ламинарной формы течения в турбулентную в пограничном слое на продольно обтекаемой плоской пластине. По Гренвилу [ ]. На ординатах отложены разности чисел Рейнольдса в точке перехода и в нейтральной точке, а на оси абсцисс — степени турбулентности. При увеличении степени турбулентности точка перехода перемещается ближе к нейтральной точке.

Экспе2эпыентальные исследования перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на плоской пластине показали, что критическое значение числа Рейнольдса [c.282]

В методе Лиза и Ривза рассматривается начинаюш,ееся выше по потоку взаимодействие скачка, в результате которого пограничный слой переходит в докритическое состояние на расстоянии нескольких своих толщин, а интенсивность скачка определяется по резкому изменению параметров, определяемых тремя основными уравнениями процесса взаимодействия. Так как пограничный слой становится сверхкритическим при некотором значении отношения энтальпии на поверхности к энтальпии во внешнем потоке, эта теория не обеспечивает непрерывного подхода к области отрыва на охлаждаемой поверхности плоской пластины. Поток со сверх-критическими условиями может существовать также в пограничном слое далеко за областью взаимодействия, когда он проходит через горло (фиг. 30) в области присоединения. Показано, что профили скорости обратного течения по Стюартсону [46] и их [c.275]

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-

Решение вопроса о том, какая из обеих теорий правильна, могло быть достигнуто только путем эксперимента. Еще до возникновения теории устойчивости И. М. Бюргере [ ], Б. Г. Ван дер Хегге Цейнен и М. Ханзен произвели измерения ламинарного пограничного слоя и перехода ламинарной формы течения в турбулентную на плоской пластине. Для критического числа Рейнольдса получилось значение [c.439]

Подробное изложение теоретических и экспериментальных результатов об устойчивости ламинарного пограничного слоя на продольно обтекаемой плоской пластине при сверхзвуковой скорости можно найти в работе Дж. Лауфера и Т. Вребаловича [ ]. Дальнейшие результаты о всем круге проблем перехода ламинарной формы течения в турбулентную при суперзвуковых и гиперзвуковых скоростях имеются в работах [ ], [ ], [c.479]

И-М. Поток воздуха, движущийся с постоянной скоростью, продольно обтекает плоскую изотермическую пластину. От передней кромки пластины нарастает лам,инарный пограничный слой. Рассмотрите два варианта. В первом случае переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному происходит при Re = 3- 10 а во втором—при Лед = 10 . Вычислите и постройте в логарифмических координатах зависимость числа Стантона от числа Рейнольдса (Rex) вплоть до Ред = 3-10в. Считайте, что переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному происходит скачкообразно п одном сечении (что в действительности не так). Число Стантона в области турбулентного пограничного слоя вычисляйте с помощью интегрального уравнения энергии, сопрягая в сечении перехода от ламинарного пограничного слоя к турбулентному соотвегствующие толщины потери энтальпии так же, как при выводе уравнения (11-29). Постройте также зависимость числа Стантона от числа Re для случая, когда турбулентный пограничный слой начинает развиваться непосредственно от передней кромки пластины. Определите координату j , от которой фактически развиваегся турбулентный пограничный слой, когда ему предшествует ламинарный. Как влияет на эту величину изменение критического значения Re, при котором происходит переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному Каково должно быть число Рейнольдса, чтобы коэффициент теплоотдачи к турбулентному пограничному слою можно было вычислять с точностью 2%, не учитывая влияние начального участка с ламинарным пограничным слоем [c.306]

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]

При сверхзвуковых течениях влияние шероховатости на переход ламинарной формы течения в турбулентную значительно меньше, чем в несжимаемых течениях. Это ясно видно из рис. 17.43, на котором изображены результаты измерений для продольно обтекаемой плоской пластины (измерения, относящиеся к сверхзвуковой области, выполнены П. Ф. Бриничем [ ]). Эти результаты, полученные для элемента шероховатости в виде круглого цилиндра при числе Маха Ма = 3,1, дают в системе координат, принятой на рис. 17.43, семейство кривых, лежащих в заштрихованной области, однако при этом сильно зависящих от положения Х)1 элемента шероховатости. Для сравнения на рис. 17.43 перенесена кривая с рис. 17.42, полученная для несжимаемых течений. Сравнение показывает, что при высоких числах Маха пограничный слой может сохраняться ламинарным при значительно большей шероховатости, чем в несжимаемых течениях. [c.491]

Эта аэродинамическая труба специально приспособлена к исследованиям на скользящем крыле. Имеется большое количество данных о неустойчивости и переходе, к турбулентности для модели крыла, использованной в данной работе [1]. Модель с хордой с = 500 мм и размахом 2100 мм (фиг. 1, а) представляла собой плоскую пластину толщиной 25 мм, изготовленную из полированного алюминия с передней кромкой из перевернутого LARK-Y-профиля, обрезанного в самой толстой части. Пластина была установлена под углом скольжения 45 и под небольшим отрицательным углом атаки =1° для устранения пика разрежения и возможного отрыва потока. Для создания желательного градиента давления над пластиной располагалась профилированная стенка. Для близкого моделирования условий потока на крыле бесконечного размаха использовались концевые шайбы, имевшие контуры линий тока на внешнем краю пограничного слоя. Чтобы гарантировать идентичные начальные условия вдоль размаха крыла, использовано специальное сопло (фиг. 1, б). Эта установка является одной из наиболее адекватных для фундаментальных исследований по неустойчивости поперечного течения [1]. [c.44]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...