Взаимодействие ударной волны и пограничного слоя

Для удобства читателя теория ламинарного пограничного слоя, представленная со многими ее разветвлениями, излагается на основе единой формы записи системы дифференциальных уравнений, полученной путем преобразования общепринятых уравнений пограничного слоя. Теория турбулентного пограничного слоя излагается также на основе единой системы уравнений пограничного слоя. Это позволяет избежать утомительных преобразований уравнений пограничного слоя. При этом не происходит потери общности, так как учет влияния химических реакций, массопереноса, плавления поверхности, взаимодействия ударной волны с пограничным слоем, формы тела и градиентов давления делается без применения преобразований к различным граничным условиям. [c.8]

Если х=10> = 0,514, это отношение в том случае, когда Ти-1То=1, равно 2,25. Из результатов, приведенных в табл. 6.2, видно, что для этого случая (Л = 0,514) взаимодействие ударной волны и пограничного слоя оказывает заметное влияние на теплопередачу. Это влияние будет меньше при 7 /7 о<1, так как при этом Л <0,514. [c.208]

Так, например, если в результате взаимодействия пограничного слоя на пластине и падающей на нее ударной волны (при критическом отношении давления в ней) возникает Л-образ-ный скачок, сопровождаемый отрывом пограничного слоя (рис. 10.66), то, кроме потерь в системе ударных волн, возникают принципиально новые потери, связанные с наличием оторвавшегося потока. Если густота решетки пластин столь велика, что оторвавшийся поток внутри межлопаточного канала полностью выравнивается, то суммарная величина потерь остается такой же, как и для рассмотренного выше случая, когда влияние взаимодействия пограничного слоя и скачка не учитывалось произойдет только перераспределение потерь между зоной ударных волн и областью выравнивания потока. Увеличение потерь на выравнивание полностью компенсируется уменьшением по- [c.91]

В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с использованием горючего охлаждающего газа. Такой газ может создавать диффузионное пламя, где при высокой температуре кислород в слое ударной волны, окружающем летательный аппарат, (диффундируя через пограничный слой, непосредственно примыкающий к поверхности аппарата) взаимодействует с поступающим в этот слой горючим газом, В связи с этим возни- [c.108]

Поток за фронтом ударной волны испытывает воздействие сил трения между пограничными слоями газа и стенками ударной трубы. Рост пограничного слоя газа за фронтом удар< ной волны обусловлен взаимодействием со стенкой из-за вязкости и теплопроводности, что приводит к изменению параметров газа по сечению трубы. Постепенное уменьшение интенсивности ударной волны в зависимости от пройденного расстояния также объясняется развитием пограничного слоя. Обычно изменение условий во фронте ударной волны в сравнении с рассчитанными по стационарной одномерной теории велико на боль- ших расстояниях от фронта волны, и для данного расстояния отклонения значительнее при низких рабочих давлениях. Эти явления, важные для кинетических исследований, в настоящее время довольно подробно изучены, причем предложены критерии для учета их влияния на экспериментальные результаты [4]. Достаточно отметить, что в ранних кинетических работах, включая и исследование реакции водорода с кислородом, никаких поправок на неидеальность течения не делалось. В той или иной степени такая коррекция необходима для всех изученных систем. Повышение рабочих плотностей, являющееся результатом разбавления реагирующей смеси инертным одноатомным газом, благотворно влияет на независимость условий за ударной волной от пристеночных эффектов. Другие аспекты полезного повышения рабочих давлений обсуждались ранее. [c.125]

С целью увеличения КПД и мощности ГДЛ особое внимание приходится обращать на газодинамические характеристики потоков. Помимо учета релаксационных явлений около обтекаемой поверхности и в пограничном слое, учета тепловых потерь, необходимо принимать во внимание явления взаимодействия пограничного слоя с основным потоком и возникновение в последнем скачков уплотнения и волн разрежения. Как было показано в работе [65], возникающие при этом в потоке ударные волны могут существенным образом изменить не только газодинамические характеристики, но и величину инверсии заселенностей молекул и коэффициент усиления. В работе [70] показано, что при течениях смеси газов с инверсной заселенностью молекул около клина или около затупленного цилиндра возможно значительное увеличение коэффициента усиления, а также создание потоков значительной плотности с сохранением инверсной заселенности. [c.133]

Первая задача, которой мы займемся, будет задачей взаимодействия головной ударной волны и пограничного слоя. Мы получим уравнения, учитывающие влияние взаимодействия головной ударной волны и пограничного слоя на поверхностное трение и теплопередачу. Будут также определены режимы течения, когда эти эффекты значительны. [c.196]

Рис. 6,1. Иллюстрация задачи взаимодействия между головной ударной волной и пограничным слоем на плоской пластине.

Но, как мы увидим, величина б сама зависит от ре роо, что и составляет суть проблемы. Из теории сжимаемого ламинарного пограничного слоя при отсутствии взаимодействия между головной ударной волной и пограничным слоем известно, что [см., например, (2,59)] [c.199]

X = С М /(Несо) является параметром подобия в теории взаимодействия головной ударной волны и ламинарного пограничного слоя. [c.200]

Уравнения теории сильного взаимодействия. После этих предварительных сведений приступим к изложению теории взаимодействия головной ударной волны и пограничного слоя, считая пограничный слой ламинарным. Здесь мы ограничимся изучением только сильного взаимодействия по следующим причинам 1) теория слабого взаимодействия уже хорошо описана ), 2) результаты теории слабого взаимодействия показывают, что слабое взаимодействие мало влияет на тепловой поток, 3) можно развить строгую теорию сильного взаимодействия в пределе при М — оо вблизи передней кромки для гиперзвукового течения около плоской пластины. [c.201]

Расчеты для затупленного цилиндра, подобные в существенных чертах расчетам Бертрама и Гендерсона, опубликованы Фельдманом ). Результаты Фельдмана, касающиеся распределения поверхностного давления на затупленном цилиндре, сделанные методом характеристик, сравнивались с результатами для поверхностного давления, полученными из второго приближения в методе взрывной волны. Было показано, что совпадение результатов вполне удовлетворительное. Это позволяет сделать вывод, что для плоских и трехмерных тел имеется область, где влияние затупления на распределение давления сравнимо и даже превосходит изменение давления вследствие взаимодействия между пограничным слоем и ударной волной. Эти эффекты возникают в области, близкой к передней кромке, длина которой пропорциональна толщине или радиусу носика. Границы этой области, оставаясь в рамках гиперзвуковых тече--ний (Moo l), можно определить следующим образом. Из результатов п. 6.2 следует, что влияние взаимодействия для плоских тел существенно в области, где [c.220]

Из-за того что головная ударная волна искривлена даже при отсутствии затупления передней кромки, во внешнем течении между скачком и пограничным слоем в области сильного взаимодействия возникает завихрен- [c.230]

Линии тока, входящие в пограничный слой в области сильного взаимодействия, пересекают ударную волну много ближе к передней кромке тела, т. е. в тех точках, где искривление ударной волны таково, что оно вызывает значительную завихренность потока между внешней границей пограничного слоя и ударной волной. [c.231]

Рассмотренная задача является интересным примером взаимодействия пограничного слоя с внешним потоком. Так же как и в 73, это взаимодействие благодаря проявлению сжимаемости газа приводит к возникновению волн возмущений, при наложении которых друг на друга образуются ударные волны. В только что рассмотренном случае импульсивного приведения в равномерное движение пластинки по обе стороны от нее будут распространяться ударные волны, параллельные поверхности пластинки. Как следует из формулы (10.127), наличие обратного влияния пограничного слоя на внешний поток приводит к уменьшению коэффициента трения, который при отсутствии этого взаимодействия равнялся бы величине, стоящей множителем перед фигурной скобкой в правой части ра-венства (10.127). Это уменьшение невелико, так как, по предыдущему, изложенная только что теория справедлива лишь при малых значениях параметра Re, т. е. при больших значениях t. [c.362]

Объяснение аномально коротких периодов индукции, по-ви-димому, нужно искать в газодинамических явлениях в ударных трубах [58, 59]. Из независимых экспериментов известно, что газ за отраженной ударной волной испытывает дополнительный подогрев, постоянно возрастающий по мере удаления от торца ударной трубы [90, 91]. Это явление связано главным образом с взаимодействием отраженной ударной волны с развивающимся за падающей ударной волной пограничным слоем и наиболее отчетливо выражено в газовых смесях с малой величиной отношения удельных теплоемкостей у. Несомненное влияние этого вида газодинамической неидеальностн в ударных волнах на значительное уменьшение задержек воспламенения против ожидаемых величин видно на шлирен-фотографиях воспламенения в неразбавленных водородно-кислородных смесях. Оказалось, что первоначальное воспламенение происходит не вблизи торца ударной трубы, где газ нагревается раньше других слоев, а на некотором удалении от торца [58, 59]. В настоящее время можно сделать по крайней мере один вывод, что эксперименты на ударных трубах не обеспечивают правильного и надежного способа изучения медленного режима воспламенения смеси водорода с кислородом при низких температурах и высоких давлениях вследствие очень неблагоприятного сочетания больших химических задержек воспламенения с исключительно сильной зависимостью их от температуры. Следовательно, пока нельзя извлечь полезной информации о реакциях (т) и ( ) из экспериментов на ударных трубах. И даже данные о величине й/, полученные в опытах на ударных трубах малого диаметра для неразбавленных смесей Нг—Ог [46, 71], нельзя считать достоверными, поскольку в них не наблюдались явления, отмеченные на рис. 2.10. [c.171]

Реда, Мэрфи. Влияние пограпич1юго слоя на боковой стенке па взаимодействие ударной волны с турбулентным пограничным слоем // РТК, — 1973, — Т, 11, № 10, — С, 9 — II, [c.395]

Следует подчеркнуть, что рассмотренная нами картина взаимодействия пограничного слоя с набегающим равномерным потоком ограничивалась случаем тела с заостренной передней, частью. Затупление носовой части тела, а также неравномерность внешнего потока (например, при сильно искривленной головной ударной волне) вносят дополнительные изменения в распределении давления. Эти виды взаимодействия рассмотрены в монографии Хейза и Пробстина. [c.131]

В работе [9], посвященной экспериментальному и теоретическому исследованию эрозии пыли под действием ударной волны в воздухе, сделана попытка связать подъем частиц пыли с взаимодействием между этими частицами и сдвиговым течением в пограничном слое. Картина развития пылевого облака фотографировалась в серии экспериментов в ударных трубах, затем наблюдаемая в опытах высота облака сравнивалась с расчетной. При этом расчет движения частицы основан на следующих гипотезах. В режиме примыкания к движущейся УВ ламинарный пограничный слой газа очень тонкий, что порождает большие градиенты скорости. Частицы пьши в условиях этого сдвигового слоя приобретают подъемную силу в направлении градиента скорости воздуха (сила Саффмана). Этот факт может использоваться для расчета их траектории. Предполагается, что на подъем первых частиц с поверхности действуют только эта сила и сила аэродинамического сопротивления. Первоначально поднятые частицы формируют затем верхнюю кромку облака частиц. В теоретическом анализе, проводимом таюке в рамках подхода одиночных частиц, профиль скорости в пограничном слое предполагался синусоидальным. Оказалось, что принятая расчетная модель дает согласование с экспериментальными данными по высоте подъема пыли и характеристикам подъема на начальной стадии. Указано, что даже если сила Саффмана не является единственной силой, действующей на частицу в облаке непосредственно после прохождения УВ, она будет определяющей на начальной стадии развития. Поскольку сила Саффмана быстро убывает с увеличением толщины пограничного слоя, а течение в нем переходит к турбулентному режиму, применимость используемой модели ограничена коротким [c.187]

Влиятельность того или иного механизма подъема частиц выявляется при рассмотрении количественных соотношений, связывающих интенсивность ударной волны, скорость нарастания пограничного слоя, размер частиц и другие параметры. Например, для случая сильных ударных волн и крупных частиц, которые относительно долго или вообще не попадают внутрь пограничного слоя, более важным будет механизм подъема, связанный с аэродинамическим взаимодействием. Поэтому в настоящем разделе предлагается комбинированная математическая модель для описания процесса подъема частиц пылевидного слоя в режиме одиночных частиц, учитывающая одновременное действие сил Саффмана и аэродинамической интерференции. [c.214]

Взаимодействие головной ударной волны и пограничного слоя, с тех пор как Прандтль впервые выдвинул свою концепцию тонкого пограничного слоя, внутри которого сосредоточено главным образом влияние вязкости при течении газа около тела, возникло представление о том, что пограничный слой обладает эффектом вытеснения, который заключается в изменении, именно в увеличении эффективной формы тела, из-за уменьшения потока массы внутри пограничного слоя. В большинстве случаев, интересующих аэромехаников, этим эффектом вытеснения можно пренебречь, поскольку толщина вытеснения б, определенная ниже равенством (6.1), составляет обычно весьма малую часть линейного размера тела, например местного радиуса тела вращения, и поэтому не может оказать заметного влияния на внешнее невязкое течение . Толщина вытеснения б может быть определена как расстояние, на которое смещается внешний по отношению к пограничному слою поток из-за уменьшения потока массы внутри пограничного слоя. Именно, [c.197]

К этим весьма важным для развития строгой теории сильного взаимодействия выводам пришли независимо Ли Тинг-и и Нагамацу ) и Лиз ). Позже Стюартсон з) показал, что эти соображения подобия применимы не только внутри вязкого слоя в области сильного взаимодействия, но что, очевидно, те же соображения справедливы и для области невязкого течения между ударной волной и пограничным слоем, так что и [c.201]

При построении теории сильного взаимодействия в п. 6.2 было получено решение уравнений пограничного слоя при граничном условии ди/ду)е= 0. В рассматриваемом случае (ди/ду) е отлично от нуля, и это нужнс учесть в решении. Из рис. 6.7 ясно, что завихренность в некоторой точке на внешней границе пограничногс слоя равна завихренности на линии тока, входящей в пограничный слой в этой точке. Кроме того, завихренность связана с градиентом энтропии в точке, где линии тока пересекают головную ударную волну. В соответствии с теоремой Крокко ) эта связь дается формулой (5 — удельная энтропия) [c.227]

Заключение. В п. 6.2 изучались течения в тех областях, где пограничный слой и головная ударная волна сильно взаимодействуют. При этом было обнаружено, что параметром подобия для этой области является 5( = "ML/(Re o) и что эффект взаимодействия значителен, когда )с 1- Влияние взаимодействия при любом X уменьшается, если имеется приток тепла к поверхности тела, потому что приток тепла к поверхности тела возникает при охлажденном газовом слое и, следовательно, увеличенной его плотности. Влияние сильного взаимодействия на теплопередачу пропорционально и может быть существенно при х 1 при прочих равных условиях. В п. 6.3 и 6.4 исследовалось влияние затупления передней кромки и влияние завихренности на внешней границе пограничного слоя. Ниже формулируются некоторые выводы, которые можно сделать из резулЬ татов, полученных в этих пунктах [c.230]

Не претендуя на полноту изложения и всеобъемлющий охват всего многоооб-разия сверхзвуковых отрывных течений, выделим лишь ту их часть, которая имеет непосредственное отношение к проблеме моделирования пристенных течений в областях взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем в угловых зонах. Причем мы умышленно исключаем из рассмотрения те случаи взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем, в которых процесс воздействия на структуру течения в угловой зоне происходит опосредованно, в частности, как результат взаимодействия с отраженной ударной волной. В качестве примера такого рода течений можно назвать течение в области взаимодействия косых скачков уплотнения, инициированных передними кромками двух (или более) клиньев (килей), установленных на плоской поверхности, с турбулентным пограничным слоем, формирующимся па отмеченной поверхности (см., например, [25, 26, 48—57]). Результаты численных [58] и экспериментальных [59, 60] [c.309]

Чтобы преодолеть серьезные трудности, возникающие при исследовании теплообмена при гиперзвуковых скоростях, приходится делать ряд дополнительных допущений, значительно ограничивающих постановку задачи. Прежде всего предположим, что рейнольдсово число обтекания, несмотря на малую плотность газа на больших высотах, все же настолько велико, что можно пренебречь непосредстт венным взаимодействием пограничного слоя на затупленном носе тела с головной ударной волной. Такое упрощение задачи допустимо, так как при достаточно больших значениях числа Рейнольдса толщину пограничного слоя, обратно пропорциональная корню квадратному из рейнольдсова числа, окажется малой по сравнению с расстоянием отошедшей ударной волны от носа тела, не зависящим от рейнольдсова числа. [c.457]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология