Как уже отмечалось, при исследовании силового взаимодействия цилиндра с экраном в области малых относительных зазоров к < 0,1 и числах 11е = (0,5... 6,0)-105 была обнаружена аномалия поведения подъемной силы цилиндра, т. е. увеличение ее с ростом зазора, что вызывает возбуждение значительных автоколебаний цилиндра при его упругом закреплении и свидетельствует о сложном характере течения в узкой области.[ ...]
С целью более подробного изучения картины такого течения были проведены дренажные исследования на цилиндре и экране [Бычков Н. М. и др., 2001]. В работе представлены результаты измерения среднего давления при вариации зазоров в диапазоне 0< /г<0,3 и числах Рейнольдса набегающего потока Яе = (2,0...6,0)-105. Эти диапазоны включают критические значения Яекр = 4 -105 и /гкр = 0,1.[ ...]
Испытания проводились в тех же условиях, что и при измерении сил, а также как было в работе [Коваленко В. М. и др., 1984]. В качестве испытуемых моделей были использованы цилиндры двух разновидностей, имеющих одинаковые диаметр (0,15 м) и длину (1,0 м). Один из цилиндров, как и при измерениях сил, был трехсекционным, поверхность другого была сплошной. Экран в виде плоской пластины из оргстекла толщиной 10 мм, шириной 1,0 м и длиной 1,7 м с профилированными передней и задними кромками и с турбулизатором устанавливался в направлении потока параллельно цилиндру на регулируемом расстоянии от него. Положение экрана относительно образующей цилиндра контролировалось с помощью калиброванных вставок, а в направлении потока - по пузырьковому уровню.[ ...]
Давление в цилиндре измерялось через два дренажных отверстия диаметром 0,8 и 1,0 мм, расположенных вблизи центральной части цилиндра (см. рис. 3.4). Угловое положение отверстий относительно потока менялось поворотом цилиндра вокруг своей оси в диапазоне 0 < ф < 360°. В качестве измерительного прибора использовался спиртовой микроманометр ММН-1000. Часть измерений проведена с помощью малогабаритного индуктивного датчика давления ДМИ-0,3, который устанавливался внутри цилиндра на минимальном расстоянии от его наружной поверхности (примерно 4 мм). На экране давление измерялось через дренажные отверстия диаметром 0,7 мм, а также трубками полного и статического давления, которые крепились к боковой стороне подвижной металлической рейки толщиной 4 мм и длиной 1,2 м, что позволяло проводить измерения при наличии цилиндра, исключая зазоры менее 4 мм, с любым продольным шагом и на достаточной длине экрана.[ ...]
Особенностью данной задачи является то, что присутствие цилиндра вызывает торможение потока перед ним, в результате на экране возникает течение с положительным градиентом давления. Эта особенность течения существенным образом сказывается на состоянии пограничного слоя на экране. Наличие положительного градиента давления, как известно [Шлихтинг Г., 1974], приводит к резкому снижению устойчивости ламинарного пограничного слоя и последующему ускоренному переходу его в турбулентное состояние. Таким образом, в определенной области Яе и И должна наблюдаться тенденция к само-установлению турбулентного состояния в пограничном слое на экране перед цилиндром независимо от начальных и конечных условий. Полученные в работе экспериментальные данные подтверждают эту тенденцию.[ ...]
При/ = 0 (безграничное течение) величина Re” = 160, G = 800, тогда Re = 960. При/< 0 (положительный градиент давления) эти значения будут только уменьшаться. Реальное число Re достигает указанного значения Re ep в области -4 < х < -3 (5 «0,1 и 5 « 1 мм/ Отсюда следует, что ближе к цилиндру, на участке дальнейшего увеличения неблагоприятного градиента давления, возможности для перехода в турбулентное состояние еще более высокие. Эта оценка согласуется с измерениями пульсационных характеристик в данной области.[ ...]
Отметим, что градиент давления в точке х = -3 приблизительно соответствует максимальному градиенту при h=0,3. Это означает, что турбулентный пограничный слой перед цилиндром будет формироваться, если зазор h < 0,3.[ ...]
Естественно, этот процесс зависит от всех параметров, входящих в функциюДЯе, к, в, к/с1, Ь). Очевидно, что влияют и условия на входе, в частности, форма передней кромки экрана и скос потока вблизи нее. При отсутствии цилиндра может существовать скос потока в направлении выше экрана, что будет вносить дополнительные возмущения в его пограничный слой. Присутствие цилиндра, наоборот, создает более благоприятные условия на входе, так как торможение потока цилиндром вызывает скос в направлении под экран. Таким образом, цилиндр с экраном представляет в совокупности модель, существенно отличающуюся от одиночного экрана и от одиночного цилиндра. Влияние такой модели на поток вдоль рабочей части аэродинамической трубы показано на рис. 3.9, в. Измерения проведены на верхней стенке рабочей части в присутствии цилиндра без экрана (И —> со) и с экраном (к =0,1). Начиная с точки х = -3, наблюдается ускорение потока, более заметное при малых, докритических числах И.е и при наличии экрана. Непосредственно в области напротив цилиндра ускорение потока достигает 8... 10 % без экрана и 16... 18 % с экраном.[ ...]
Распределение давления вокруг цилиндра с экраном и без экрана для докритических и закритических чисел Рейнольдса показано на рис. 3.10. Здесь и далее ВП и НП - верхняя и нижняя стороны цилиндра, т. е. соответственно ф = 0...180°и 180...360°.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Давление на экране (а, б) и на_верхней стенке трубы (в) в зависимости от h и Re |
 |
| Распределение давления на цилиндре при зазорах 0 < к < <х> (треугольниками отмечено положение точек отрыва) |
 |
| Положение точек Ср = 1 (а), Ср> 0 (б) и донное давление Ся дон (в) в зависимости от зазора /г при 11е |
 |
| Величина максимального разрежения на верхней (ВП) и нижней (НП) сторонах цилиндра при Re |
 |
| Ширина пиков разрежения на цилиндре при Re |
 |
| Положение точек отрыва потока на цилиндре (а) и их определение (б) при Яе |
 |
| Схемы течений при различных расстояниях цилиндра от экрана и различных числах Рейнольдса |
 |
| Эпюры давлений на цилиндре вблизи плоского экрана при 11е = 5-105 |
|
| Сравнение средних значений коэффициентов Су(а) и С (б) |
 |
| Расчетные значения коэффициентов Сх и Су в зависимости от времени (А =0,13,11е=6,4105) |
 |