ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы и результаты измерения поперечного и продольного масштабов турбулентности в турбулентном пограничном слое из "Турбулентный пограничный слой" В случае однородной турбулентности (например, за турбулизирующей сеткой) коэффициент корреляции традиционно измеряется с помощью двух термоанемометрических датчиков, один из которых устанавливается неподвижно в выбранной точке потока (у), а другой перемещается относительно первого, удаляясь от него через небольшие интервалы г] (метод Тэйлора). Максимальное расстояние между датчиками, при котором коэффициент корреляции Д обращается в нуль, называется расстоянием корреляции и обозначается щ. [c.204] Однако в условиях неоднородной турбулентности, которая имеет место в турбулентном пограничном слое, энергетический спектр пульсаций скорости и и их интенсивность изменяются по толщине пограничного слоя. Форма корреляционной кривой Щч]) становится зависящей от направления перемещения подвижного датчика относительно неподвижного, поскольку на ход корреляционной кривой влияет наличие в слое областей с набором вихрей разного характерного размера. В этом случае поперечный масштаб турбулентности в пограничном слое, измеренный при перемещении подвижного датчика относительно выбранной точки у к внешней границе слоя, существенно отличается от масштаба турбулентности, измеренного при перемещении подвижного датчика от точки у к обтекаемой стенке. [c.204] Опыты показывают, что расстояние корреляции щ соизмеримо с толщиной пограничного слоя 6, и, следовательно, возникает вопрос, какому расстоянию от стенки у следует приписать величину масштаба турбулентности, определенного путем интегрирования всей корреляционной кривой. Вместе с тем вследствие неоднородности турбулентности в пограничном слое поперечный масштаб турбулентности должен обладать свойством локальности. [c.204] Однако и в этом случае остаются трудности в определении локального значения Ьу, поскольку при малых расстояниях у от стенки не удается получить полную корреляционную кривую Дии( ) из-за того, что нить одного из датчиков упирается в стенку, а при больших значениях у (когда один из датчиков приближается к внешней границе пограничного слоя) появляются искажения в измеренных значениях коэффициента корреляции, обусловленные перемежаемостью турбулентной и нетурбулентной жидкости. [c.205] Таким образом, отсутствие физически обоснованного метода экспериментального определения поперечного масштаба турбулентности Ьу в турбулентном пограничном слое приводит к необходимости проведения методических исследований, направленных на разработку рациональных методов измерения. [c.205] Ниже приводятся результаты методических исследований, проведенных в ЦАГИ. [c.205] 48] предложен метод определения Ьу по одному значению коэффициента корреляции Нии, измеренному при фиксированном расстоянии т] между двумя чувствительными элементами — нитями термоанемометрического датчика, что позволяет измерять распределение локальных масштабов турбулентности в пограничном слое в непосредственной близости от обтекаемой стенки. [c.205] Универсальный характер зависимости Д = / т]/Ьу) позволяет определять масштаб турбулентности Ьу по результатам измерения лишь одного значения коэффициента корреляции при фиксированном расстоянии г) между нитями термоанемометрического датчика. [c.206] Для измерения коэффициента корреляции используется специальный термоанемометрический датчик с двумя нитями (чувствительными элементами). Конструктивная схема такого сдвоенного датчика приведена на рис. 3.52. Фиксированное расстояние т между нитями датчика устанавливается в пределах от 0,4 до 1,5 мм. [c.206] На рис. 3.53 приведены результаты измерения коэффициента корреляции Я по толщине пограничного слоя при значениях г) = 0,4 0,7 1 и 1,5 мм. Если исходить из предположения, что универсальный характер корреляционной функции Д = / г)/Ьу), представленной на рис. 3.51, соблюдается по всей толщине пограничного слоя, то каждому измеренному значению Дии( ) при фиксированном расстоянии ту между нитями датчика должно соответствовать единственное значение масштаба турбулентности Ьу. [c.206] Из соотношения (3.42) следует, что погрешность определения Ьу прямо пропорциональна погрешности измерения коэффициента корреляции К и самой величине масштаба турбулентности Ьу и обратно пропорциональна расстоянию Г1 между нитями датчика. В этом случае определяющим параметром, который можно произвольно задавать в эксперименте, является расстояние ту между нитями, в то время как остальные параметры автоматически определяются условиями эксперимента. [c.209] Анализ данных, приведенных на рис. 3.55, показывает, что в соответствии с соотношением (3.42) наиболее высокая погрешность определения 1у наблюдается при наименьшем значении г) = 0,4 мм, а минимальное расстояние Г], при котором получаем удовлетворительную точность определения Ьу, составляет 1-1,5мм (сплошная линия на рис. 3.55). Отметим также, что по мере уменьшения самой величины Ьу погрешность ее определения при малых расстояниях г] заметно уменьшается, что также согласуется с соотношением (3.42). [c.210] Таким образом, при измерении поперечного масштаба турбулентности в турбулентном пограничном слое с помощью сдвоенного термоанемометрического датчика минимальное фиксированное расстояние ту между нитями датчика, обеспечивающее приемлемую точность измерения, составляет около 3% от толщины пограничного слоя 6. [c.211] Временной масштаб определяется по автокорреляционной кривой Д(т), которая измеряется с помощью термоанемометрического датчика с одной нитью с применением инструментальной линии временной задержки. [c.211] Результаты измерения продольного (Ьх) и поперечного (Ьу) масштабов турбулентности позволяют судить о размерах и пространственной ориентации вихревых структур в турбулентном пограничном слое. Интерес представляет соотношение между Ьх и Ьу на разных расстояниях у от обтекаемой поверхности. [c.212] Вернуться к основной статье