ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм периодического обновления течения в вязком подслое из "Турбулентный пограничный слой" 91] на основе результатов визуальных исследований предложена модель обновления течения в турбулентном пограничном слое вблизи стенки, в основу которой положена идея о воздействии на характер течения местных положительных градиентов давления. При этом предполагается, что эти локальные градиенты давления, являющиеся причиной выбросов, в свою очередь, сами являются результатом эволюции жидких элементов, эжек-тируемых из пристеночной области течения. Последовательность процесса обновления подслоя схематически изображена на рис. 1.47. Общая картина течения (рис. 1.47а), представляющая собой как бы развертку событий во времени, поясняется фрагментами (рис. Л7 б-д), соответствующими последовательным стадиям процесса. [c.65] Поскольку вихри от предыдущих выбросов находятся дальше от стенки и движутся с большей скоростью, чем вновь образуемые вихри, то часто создаются ситуации, когда более крупные вихри проходят над более мелкими. [c.66] При этом создаются благоприятные условия для их объединения (спаривания) в один вихрь (см. рис. 1.475). Этот процесс спаривания вихрей подробно исследован в опытах [1.92], где изучался механизм увеличения толщины турбулентного слоя смещения. [c.67] При СЛИЯНИИ двух вихрей их вершины начинают вращаться друг относительно друга, при этом боковые жгуты подковообразных (или шпилькообразных) вихрей закручиваются между собой в соответствии со схемой, представленной на рис. 1.466, в. В [1.91] отмечается, что при больших числах Рейнольдса можно ожидать многократного повторения процесса спаривания вихрей. Укрупненные таким образом поперечные вихревые структуры, по-видимому, и представляют собой те холмовидные образования вблизи внешней границы турбулентного пограничного слоя, которые исследовались в опытах [1.34]. [c.67] С целью экспериментальной проверки характера влияния локальных значений йр/йх на процессы обновления подслоя в опытах [1.48] с помощью метода условно-выборочного осреднения были определены мгновенные распределения давления, связанные с выбросами и, соответственно, с крупномасштабными структурами, охватывающими весь цикл обновления подслоя. В нижней части рис. 1.38 а схематически представлено типичное распределение мгновенных значений давления р, измеренных с помощью миниатюрных пьезоэлектрических датчиков давления 1 = 0,75 мм, 1 = 65), установленных на обтекаемой поверхности. В [1.48] отмечается, что если рассматривать распределение давления р х) в фиксированный момент времени, то почти на всем участке обтекаемой поверхности под крупномасштабной структурой имеет место благоприятный градиент давления йр/йх 0), способствующий стабилизации течения вблизи стенки, а не его отрыву. Поэтому в [1.48] предполагается другой механизм неустойчивости течения вблизи стенки, а именно механизм вихревой неустойчивости Тэйлора-Гертлера (см. п. 1.4). [c.68] Весьма схожая с описанной в [1.91] картиной течения в пограничном слое является схема течения, предложенная в [1.32, 1.81] на основании результатов визуальных исследований пристеночной турбулентности. В ней используется идея объяснения механизма обновления течения вблизи стенки за счет неустойчивости Гельмгольца. В рассматриваемой в [1.32, 1.81] схеме течения основным модулем течения также является поперечно ориентированный вихрь, возникающий в результате неустойчивого взаимодействия смежных зон ускоренной и замедленной жидкости в пристеночной зоне турбулентного пограничного слоя. Однако интерпретация наблюдаемых событий в [1.32, 1.81] несколько отличается от трактовки, предлагаемой в [1.91. [c.68] Следующая стадия рассматриваемого процесса характеризуется вырождением поперечного вихря и прекращением активности мелкомасштабных возмущений вблизи стенки. Вихрь по мере движения вниз по потоку постепенно удаляется от обтекаемой стенки, увеличиваясь в диаметре, и затем переходит в слабую циркуляцию (см. рис. 1.50г, 5), превращаясь в холмовидное образование на границе пограничного слоя. Слабое вращение жидкости в этой зоне способствует захвату нетурбулентной жидкости и вовлечению ее внутрь пограничного слоя. На рис. . 50г,д показано также зарождение нового поперечного вихря в пограничном слое, связанного с очередным процессом обновления подслоя. Однако, в отличие от [1.91], в [1.81] не делается никаких предположений о причине появления вблизи стенки нового вторжения ускоренной жидкости. Считается лишь, что каждое новое вторжение ускоренной жидкости является следствием некоторых процессов, происходящих во внешней области турбулентного пограничного слоя. [c.70] Таким образом, в [1.81], как и в [1.91], установлено, что основным модулем течения, регулирующим процессы обновления подслоя, является поперечно ориентированный вихрь. Однако, если в [1.91] утверждается, что каждый такой вихрь является следствием подъема замедленной жидкости, вызываемого локальным градиентом давления йр/йх О, индуцируемым ранее порожденным таким же вихрем, то в [1.81] предполагается иная причинно-следственная цепочка, а именно выбросы и продольные вихри появляются под влиянием поперечного вихря, возникновение которого регулируется условиями течения во внешней области пограничного слоя. Следовательно, по мнению авторов [1.81], причиной порождения холмов вблизи внешней границы пограничного слоя являются не выбросы жидкости (как это предполагается в [1.91]), а поперечные вихри, которые в то же время способствуют активности движений вблизи обтекаемой стенки и выбросам. Отсюда следует важный вывод авторов [1.81], что не пары продольных вихрей приводят к выбросам (как это считается многими экспериментаторами, см. п. 1.4), а сами эти вихри являются результатом взаимодействия между пальцеобразными струйками (вторжениями) ускоренной жидкости и выталкиваемой между ними замедленной жидкостью (выбросами). [c.70] Вернуться к основной статье