История вопроса. На основе модельных и натурных измерений М. Иенсен [Jensen М., 1958] показал, что для обеспечения подобия распределений средней скорости и характеристик турбулентности необходимо создать в аэродинамической трубе турбулентный пограничный слой, превышающий высоту моделируемых объектов в один-два раза. Необходимость моделирования больших чисел Re требует получения толстого пограничного слоя. В настоящее время этот вопрос решается двумя путями: 1) созданием специальных труб с длинной рабочей частью (15...60 м); 2) установкой в аэродинамических трубах с короткой рабочей частью специальных устройств, обеспечивающих ускоренный рост пограничного слоя.[ ...]
Первый путь основан на известном теоретическом положении Мо-нина - Обухова, что пограничный слой, нарастающий естественным образом над длинной шероховатой плоскостью, является достаточно хорошей моделью приземного пограничного слоя. Первая аэродинамическая труба с длинной рабочей частью была сконструирована Дж. Сермаком и построена в Университете штата Колорадо в США в 1963 году [Сермак Дж.Э., 1975]. За рубежом в настоящее время эксплуатируется свыше 100 труб такого типа. Основное достоинство этих установок - возможность моделирования условий с различной температурной стратификацией, что позволяет решать широкий круг задач промышленной аэродинамики, метеорологии и экологии. Кроме того, в таких трубах, на расстоянии порядка 10 м от входа в рабочую часть, удается создать стационарный пограничный слой с постоянными в плоскости течения турбулентными характеристиками.[ ...]
Аналогичный слой формируется в натурных условиях над ровной однородной шероховатой подстилающей поверхностью.[ ...]
Наличие в мире, в том числе и в России, большого количества авиационных труб с короткой рабочей частью привело многих исследователей, занимавшихся проблемой ветрового воздействия на наземные объекты, к мысли об искусственном увеличении толщины турбулентного пограничного слоя на стенке с помощью специальных устройств. В настоящее время эти устройства подразделяются на активные и пассивные. Основное требование к различным моделирующим системам - воспроизведение типичных профилей средней скорости и характеристик турбулентности для данного типа местности.[ ...]
Исторически первыми появились «пассивные» методы, т.е. такие, в которых характеристики потока регулировались изменением отдельных составляющих моделирующих систем и скорости набегающего потока. В начале это были сетки, решетки (см., например, [Дербу-нович Г.И. и др., 1982]), с помощью которых удавалось получить интегральные характеристики требуемого потока, однако при этом происходило быстрое вырождение турбулентности. Возникала необходимость в использовании специальных дополнительных генераторов турбулентности.[ ...]
Большинство современных методов моделирования использует следующий набор генераторов: турбулизирующая решетка (трубки, клинья, пластины и т.п.), барьер и шероховатая поверхность. Теории о виде и форме этих турбулизаторов нет, поэтому существующие системы значительно различаются между собой. Достаточно полный обзор способов моделирования в аэродинамических трубах пограничного слоя атмосферы сделан в работе [Каликов В.Н. и др., 1986].[ ...]
Недостатком пассивных методов является отсутствие автоматизации в регулировании характеристик потока, что ограничивает класс решаемых задач, увеличивает время проведения экспериментов.[ ...]
Этого недостатка лишены «активные системы», основанные на применении воздушных струй (см., например, [Дербунович Г.И и др., 1982]), выполняющих функции барьеров и турбулизаторов. В этом случае значения скоростей в пограничном слое могут регулироваться независимо от скорости набегающего потока. В то же время использование таких систем предъявляет повышенные требования к контролю поля скоростей в ядре потока ввиду непостоянства расхода воздуха в струях.[ ...]
Выбор того или иного метода моделирования приземного пограничного слоя зависит от условий задачи и конструктивных особенностей аэродинамической установки. Например, если сечение рабочей части большое, то более рационально использование активных систем, а если малое - то пассивных.[ ...]
Чтобы дать пограничному слою «искусственный рывок», в аэродинамических трубах с короткой рабочей частью применяли и сейчас применяют технические приемы, основанные на использовании специальных турбулизирующих решеток с переменным шагом горизонтальных стержней [Саленко С.Д., 1987], пластин или изогнутых экранов. Однако их полезность ограничивается только созданием профиля средних скоростей вблизи области расположения модели. Ни один из этих методов не предназначен для воспроизведения турбулентных свойств атмосферного ветра, что является определяющим для правильного моделирования натурного ветра.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Профили средней скорости (а) и продольной составляющей пульсаций скорости (б) на расстоянии х = 10,2 м в пустой трубе 3-АТ-17,5/3 |
 |
| Общий вид системы №1 для моделирования сдвигового потока в АДТ 3-АТ-17,5/3 (автор М.А. Березин) |
|
| Схема системы № 2, моделирующей однородный сдвиговый поток |
 |
| Профили средней скорости в поперечном сечении закрытой РЧ на расстоянии х = 9,4 м для разных значений оборотов вентилятора |
 |
| Схема системы, моделирующей градиентный поток в РЧ трубы Т-324 |
 |
| Распределение средней скорости и интегральной интенсивности пульсаций скорости вдоль перпендикулярной к поверхности оси г |
 |
| Изменение спектра пульсаций скорости по высоте моделируемого сдвигового потока |
 |
| Система для моделирования приземного пограничного слоя в аэродинамической трубе Т-503 НГТУ |
 |
| Профили средней скорости и пульсаций скорости в месте расположения модели объекта |
|