Анализ профилей осредненной скорости в переходном и турбулентном пограничных слоях с учетом внешней турбулентности и шероховатости стенки

• Автор: Майоров, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:

1) Приоритетность расчета осредненного поля скоростей
2) Обзор литературы по затрагиваемым вопросам
1. Вырожденный характер координаты уЦт/у и
значение условий при у -> 0
2. Границы области ЛТП
3. Влияние внешней турбулентности
4. Учет влияния шероховатости
3) Актуальность задач и новизна результатов
4) Цель и план диссертации
ГЛАВА 1. ПРИСТЕНОЧНЫЙ ЗАКОН ПОДОБИЯ
ДЛЯ ГЛАДКОЙ ПЛАСТИНЫ
ГЛАВА 2. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПЕРЕХОД
ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
ГЛАВА 3. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
ВНЕШНЕГО ПОТОКА
ГЛАВА 4. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ СТЕНКИ бб
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

Исследованию турбулентного пограничного слоя в несжимаемой жидкости в прошлом было посвящено немало работ (см., например, [1, 2]). Тем не менее, расчет его продолжает оставаться одной из актуальнейших задач аэродинамики даже при отсутствии градиента давления [3, 4]. Причиной является полуэмпирический характер расчета, затрудняющий рассмотрение случая больших чисел Рейнольдса и учет влияния шероховатости, которое не находит отражения в граничных условиях (в обзоре [3] последние две проблемы названы “ахиллесовой пятой” современной вычислительной гидродинамики).
1) Приоритетность расчета осредненного поля скоростей.
Осреднение уравнений двумерного турбулентного слоя приводит к появлению в одном из них рейнольдсова напряжения, связь которого с полем осредненных скоростей остается неизвестной. Это обстоятельство приводит к необходимости введения эмпирических констант (и даже эмпирических функций) для «замыкания» уравнений движения. При этом не всегда удается существенно «отойти» от условий проведения экспериментов без введения поправочных коэффициентов (или изменения «констант»).
Число эмпирических констант, используемых в расчете, зависит не только от выбора переменных, но и от подхода к учету взаимосвязанности осредненных и пульсационных характеристик течения.
Ясно, что пульсации являются лишь «ведомым» участником взаимодействия с «ведущим», осредненным полем скоростей. Иначе говоря, пульсационные характеристики оказываются такими, какими они наблюдаются в эксперименте, лишь потому, что соответствуют осредненному полю скоростей.

Целесообразность такого противопоставления определяется тем, что характеристики «ведущего» поля должны конкретизироваться в первую очередь. При этом уравнение количества двюкения, проинтегрированное по координате у, может рассматриваться как определение входящего в него неизвестного «ведомого» слагаемого (рейнольдсова напряжения). Но тогда основные усилия целесообразно направить не на «замыкание» уравнений движения, а на модельное представление поля осредненных скоростей. Выбор же эмпирических констант и функций, необходимых для систематизации профилей скорости, может основываться на соображениях, лишь косвенно связанных с наличием пульсаций. При таком подходе, как показано ниже, удается отказаться от “прямого” использования количественной эмпирической информации и формализовать выбор констант, сводя его к выполнению контролируемых модельных условий.
Предлагаемый подход, несомненно, снижает уровень неопределенности, неизбежной при расчете турбулентного пограничного слоя. Разумеется, основой модельных допущений являются факты и закономерности, выявленные экспериментально. Более того, некоторые из рассматриваемых ниже моделей (в частности, модель, предложенная для оценки эквивалентной высоты песочной шероховатости) фактически сводятся к осреднению имеющихся опытных данных на базе тех или иных модельных формулировок. При этом основным подтверждением предпочтительности сделанного выбора в ряде случаев является приемлемое согласие результатов расчета с совокупностью имеющихся опытных данных. Вряд ли можно говорить о получении эталонных констант и кривых; тем не менее, можно констатировать появление определенных ориентиров. Наиболее важным представляется то, что эмпирическая информация используется ниже не для обоснования, а для контроля предлагаемых моделей.

оказывается невозможным (при любых значениях С05, если Ree > 862). Поэтому восстановление профилей скорости в указанном диапазоне значений Ree должно основываться на допущении:
фк = ф5, если 862 < Ree < Reoc., (срк<фс) (2.18)
принимавшемся ранее (в разделе 2.1) для области Ree > Reec. Ясно, что отношение фк/ф5= 1 является инвариантом для всей области Reo> 862.
Превышение значения фк = ф4 (при Reo > Reoc) сопровождается изменением знака cct/öReo, развитием нового подслоя ф4 < ср < фк и реализацией третьего инварианта: П = const = Пс. Допускаемый при этом излом кривой Ci(Reo) представляется вполне приемлемым, а равенство (2.11), постулировавшееся ранее для случая г = 0, находит естественное объяснение с “энергетической” точки зрения.
С учетом отмеченной выше смены инвариантов нетрудно рассчитать изменение параметра П и отношения U5 / Ue в диапазоне Ree; < Ree < Reec.
Рис. 2