Cтраница 4
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. [46]
Решение задачи может опираться на схему плоскопараллельного или осесимметричного течения, изображенную на рис. 3.48 и представляющую сверхзвуковой парашют. Захваченный диффузором газ выбрасывается навстречу набегающему потоку. Линии kl и pq представляют ударные волны, а линия ran - разделяющую линию тока. Ввиду сложности взаимодействия двух частей потока в области qpkl целесообразно ограничиться оценкой величины волнового сопротивления. [47]
Возрастанию давления в точке присоединения должно соответствовать отклонение внешнего потока. В общем случае рост давления уменьшается, когда точка присоединения смещается наружу. Таким образом, положение равновесия для вязкого слоя определяется ростом давления до уровня, при котором разделяющая линия тока достигает точки торможения, и вследствие этого сохраняется фиксированная масса жидкости в области отрыва. [48]
Таким образом, с целью исследования возможности применения изложенного интегрального метода к такому классу отрывных течений было проведено сравнение расчетных параметров с имеющимися в литературе отитами данными в теоретическими расчетами других авторов. Резуль - таты пробных расчетов для холодной воздушной струи, полная температура которой соответствует температуре торможения внешнего потока ( в s [), представлены на рис 2а б сплошными кривыми. Для сравнения яа рисункдх показаны опытные данные / в / ( круюш) и результаты расчетов других авторов по методу разделяющей линии тока. [49]
При отрыве основной поток отделяется слоем смешения от области с циркуляционным течением гаяа, заключенной между разделяющей линией тока и поверхностью тела. Слой смешения вызывает некоторое отклонение потока. За скачком уплотнения, присоединенным к передней кромке, линии тока прямолинейны и параллельны внешней границе слоя смешения. При приближении разделяющей линии тока к точке присоединения образуется система волн сжатия, сливающихся затем в скачок уплотнения, соответствующий присоединению. Чепмен и др. [43] показали экспериментально, что рост статического давления p2 / pi по толщине зоны присоединения не зависит от числа Рейнольдта, а зависит от числа Маха Ма после присоединения. [50]
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. [51]
В первом приближении течение в этой зоне описывается полными уравнениями Эйлера. В качестве профилей скорости и плотности в набегающем потоке, согласно принципу сращивания асимптотических разложений, необходимо использовать профили для невозмущенного течения в конце зоны смешения. На внешней границе удовлетворяются условия совместности с внешним сверхзвуковым потоком, а на поверхности тела нормальная составляющая скорости равна нулю. Исследование общих свойств решения показывает, что в первом приближении давление торможения газа на разделяющей линии тока в конце зоны смешения р0 ( разделяющей в данном случае называется линия тока, приходящая на поверхность тела) должно быть равно статическому давлению на большом расстоянии за областью поворота рх. Как показано ниже, в действительности р ро на величину - Re-1 / 4, что связано с эффектами вязкости. Здесь существует определенная аналогия с известным условием Чепмена - Корста для областей присоединения отрывных зон. [52]
Однако, несмотря на успешное применение метода к такому классу отрывных течений, он обладает рядом недостатков, самым существенным из которых является эвристический характер модели повышения давления. Удовлетворительное согласование расчета с экспериментом осуществляется введением эмпирического коэффициента повышения давления / 5 / или действительного угла присоединения / 9 / а также выбором положения сечения начала области подяатия. Пренебрежение малыми размерами области присоединения и ступенчатый характер эпюры давления, используемый в расчетах по методу разделяющей линии тока, не, соответствуют наблюдаемой в эксперименте действительной картине теченая. В то ке время опыт применения интегральных методов к расчету простейших отрывных течений / 2 / показал, что этот метод позволяет не только успешно рассчитать параметры в донной области, не и достаточно точно определить положение критической точки, длину области присоединения, характер распределения давления. [53]
Рассмотрим картину течения перед затупленным телом с центральной иглой. Если длина такой иглы не превышает расстояния до криволинейного отошедшего скачка уплотнения ( рис. 6.1.1 а), то ее влияние распространяется лишь на течение за этим скачком и оказывается несущественным. Выдвижение острия иглы 9 за пределы криволинейного скачка уплотнения ( рис. 6.1.1 6) приводит к перестройке структуры возмущенного потока, которая характеризуется новой системой скачков уплотнения. Такой отрыв вызывается большим положительным градиентом давления в пограничном слое на поверхности иглы, обусловленным торможением потока перед телом. В результате отрыва возникает застойная зона 1 с возвратным течением. Разделяющие линии тока 8 в зоне смешения образуют поверхность, близкую к конической, пересекающуюся с головной частью в точках А и В. [54]
Физическая природа пульсаций объясняется неустойчивостью обтекания затупленного тела с достаточно короткой иглой. Спектр обтекания при этом периодически изменяется. В одном предельном положении, когда криволинейный скачок уплотнения перед телом максимально приближен к его поверхности, неустойчивость связана с образованием отрыва на поверхности иглы перед скачком. Зона отрыва перемещается вверх по потоку, и, когда она достигает острия иглы, оторвавшийся поток присоединяется к поверхности тела под большим углом. Из-за неблагоприятных условий присоединения, связанных с большим давлением за скачком, большая часть газа, попадающая в застойную зону из области смешения, остается в ней. В связи с этим поперечные размеры застойной зоны увеличиваются, что продолжается до тех пор, пока разделяющая линия тока не попадет на излом образующей. В результате газ истекает из застойной зоны и спектр потока возвращается к первоначальному состоянию. [55]