ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Состояние вопроса и формулировка проблемы из "Пространственные пристенные турбулентные течения в угловых конфигурациях" Пристенные течения, формирующиеся при продольном обтекании двух сочлененных поверхностей, относятся к классу сложных пространственных течений [1, 2], часто встречающихся в различных практических ситуациях. Сложными принято считать турбулентные течения, которые не могут быть рассчитаны (по крайней мере достаточно точно) методами классической теории тонкого сдвигового слоя. Признавая субъективизм данного определения, следует, тем не менее, отметить, что даже в са.мом узком смысле оно справедливо для большого класса течений, встречающихся в технике и природе. Подобные течения реализуются в местах сопряжений крыла и фюзеляжа самолета, крыла и призматической мотогондолы, в каналах некруглого поперечного сечения, в прикорневой области лопаток турбомашин и других технических устройствах. В общем случае пересекающиеся поверхности могут быть неплоскими, иметь стреловидную и (или) затупленную переднюю кромку, обтекаться в условиях ненулевого продольного и даже поперечного градиентов давления. Особо следует выделить подкласс течений, индуцированных несимметрично развивающимися пограничными слоями. В отмеченных ситуациях возникает ряд особенностей течения, заметно усложняющих как проведение экспериментальных исследований, так и решение задачи в рамках даже современных численных подходов. При этом совершенствование последних пока еще ограничено отсутствием должного понимания физической структуры течения и эффективных моделей турбулентности. [c.69] Необходимо отметить, что многие важные свойства течения могут успешно анализироваться в упрощенной постановке задачи, когда объект исследования заменяется идеализированной (схематизированной) аэродинамической моделью. Типичным примером такого подхода служит использование простейшей модели двугранного угла, структура потока в которой характеризуется значительной частью важных признаков течения, свойственных более общему случаю обтекания, в частности, конфигурации типа крыло—фюзеляж. Это в определенной мере снижает трудности как экспериментального исследования, так и численного моделирования указанных течений, хотя полностью их исключить, конечно, не может. Справедливости ради заметим, что даже этот, менее сложный случай обтекания имеет целый ряд пока еще неизученных и до конца непонятых свойств. [c.69] Первые ггапытки исследований турбулентных сдвиговых течений в угловых зонах были предприняты еще в конце прошлого столетия, главным образом, в открытых прямоугольных каналах и лотках [41, 42]. Полученные авторами результаты до сих пор не утратили своего значения, поскольку такого рода течения имеют ряд общих признаков с обтеканием неограниченного двугран1юго угла и поэтому способствуют более широкому пониманию изучаемого вопроса. [c.70] Уже первые опыты в открытых водяных каналах обнаружили необычный характер распределения скоростей в поперечном сечении. Долгое время не могли понять причину данного явления и лишь Прандтль [43] в 1927 г. высказал предположение о возникновении вторичных течений в угловых зонах, обусловленных интенсивным турбулентным переносом количества движения вдоль изотах (линий равных скоростей). (Время от времени мы вынуждены априори обращаться к понятию вторичные течения , хотя его суть раскрывается лишь в ра.зд. 2.2.6.) Потребовалось много лет, прежде чем более детальными исследованиями распределения средней скорости и визуальными наблюдениями вторичных течений удалось подтвердить существование определенной связи между этими течениями и формой изотах. В частности, Никурадзе [44 ], анализируя результаты распределения скорости в некруглых каналах, косвенно пришел к выводу, что при турбулентном режиме движения жидкости существуют поперечные течения, направленные вдоль биссекторной плоскости к линии сочленения стенок. [c.70] Примерно с 60-х гг. в экспериментальных исследованиях начинают постепен-[Ю использоваться новые методы измерений стробоскопия, термоанемометрия, оптические методы диагностики и некоторые другие, способствовавшие пониманию исследуемого вопроса на качественно более высоком уровне [45—52]. При этом повышенное внимание уделяется вопросам возникновения вторичных течений и их описанию в рамках расчетных методов [52—62 1. Более подробное изложение данного аспекта пространственных течений в углах приведено в разд. 2.2.6. Тем не менее, поскольку вторичные течения являются непременным атрибутом структуры сдвиговых потоков в угловых конфигурациях, отмстим, не останавливаясь на деталях, некоторую противоречивость полученных на этом этапе результатов, которая, конечно, вполне объяснима на той или иной стадии изучения проблемы. В частности, в [55 ] на основе экспериментальной оценки членов уравнения для завихренности делается вывод о том, что главной причиной образования вторичных течений являются градиенты нормальных напряжений и w в направлении размаха угла. [c.70] Визуальная картина течения в области пересечения аэродинамических поверхностей исследов 1лась в [69 1 при околозвуковой скорости потока. Эксперименты проводились в окрестности стыка, образованного моделью полупрофиля с плоской боковой стенкой рабочей части аэродинамической трубы. Полученная картина визуализации позволила авторам сделать вывод о сильной чувствительности течения в пограничном слое при неблагоприятном градиенте давления к условиям сопряжения и возможному протоку воздуха в стыке поверхностей. [c.71] Тем не менее, следует признать, что пока не создано универсального подхода для решения задачи об обтекании двугранного угла в самом общем случае. Имеющиеся экспериментальные данные пока еще не дают исчерпывающей информации о целом ряде важных особенностей изучаемого явления. Результаты отдельных работ, как правило, не поддаются количественному сопоставлению, многие характерные черты взаимодействия еще не поняты и не объяснены, а некоторые высказанные предположения противоречивы. Это существенно затрудняет обобщение и систематизацию результатов и их использование для практических целей и для построения соответствующих расчетных методов. В частности, слабо изучено влияние таких параметров, как число Рейнольдса, продольный градиент давления, плавное сопряжение между пересекающимися поверхностями на характеристики течения в области взаимодействия пограничных слоев. Нуждается в серьезном количествен1Юм анализе случай взаимодействия несимметрично развивающихся пограничных слоев. По существу, остается полностью открытым вопрос об аналогии между течениями в неограниченном двугранном угле и в каналах некруглого поперечного сечения. Наконец, необходимы дальнейшие уточнения структуры сдвигового потока в области течения, когда по длине угла реализуется ламинарно-турбулентный переход. Сам по себе этот вопрос не имеет прямого отношения к предмету настоящей книги, однако он дает возможность получить важную информацию об этапе развития течения, предшествующего стадии формирования развитого турбулентного режима движения в угловой конфигурации. [c.72] Вернуться к основной статье