Пограничный слой с асимптотическим отрицательным градиентом давления

• Автор: Сахнов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ

1Л. Динамические характеристики пограничного слоя

1.2. Теплообмен и аналогия Рейнольдса

1.3. Асимптотический отсос

1.4. Краткий обзор моделей турбулентности

ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКИЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ

2.1. Постановка задачи

2.2. Численная модель
2.3. Интегральные характеристики
2.4. Профили скоростей и турбулентных характеристик
2.5. Аналитическое решение уравнений ламинарного пограничного слоя в условиях асимптотического отрицательного градиента давления
2.6. Влияние предвключённого безградиентного участка
ГЛАВА 3. ТЕПЛОВОЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ
3.1. Постановка задачи
3.2. Интегральные тепловые характеристики
3.3. Профили температуры
3.4. Аналогия Рейнольдса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
А. Решение дифференциального уравнения движения в условиях
асимптотического отрицательного градиента давления
Б. Решение дифференциального уравнения энергии в условиях асимптотического отрицательного градиента давления
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ*
С(- / 2 — коэффициент сопротивления трения;
ср - удельная теплоёмкость газа при постоянном давлении, [Дж/(кг-К)];
= У№, / ис - безразмерная интенсивность отсоса;
Н = 5* / 5** - формпараметр пограничного слоя;
Ь - высота канала, [м];
К - параметр ускорения потока (параметр Кейса);
к - кинетическая энергия турбулентности [м2/с2];
к+ = к / И2 - безразмерная кинетическая энергия турбулентности;
Ь - длина предвключённого безградиентного участка, [м];
т - показатель степени при степенном законе изменения скорости основного
потока;
Р - давление, [Па];
Рг - число Прандтля; д - удельный тепловой поток, [Вт/м2];
йех - число Рейнольдса, рассчитанное по продольной координате и локальной продольной скорости потенциального течения;
йеу - число Рейнольдса, рассчитанное по поперечной координате и локальной продольной скорости потенциального течения;
11е*,11е** - числа Рейнольдса, рассчитанные по толщине вытеснения и толщине потери импульса соответственно;
ЙСу - число Рейнольдса, рассчитанное по толщине потери энергии;
Де, - интегральное число Рейнольдса (см. формулу (3.7));
Кеь - число Рейнольдса, рассчитанное по длине предвключённого безградиентного участка и скорости потенциального течения в начальном сечении;
* Здесь приводятся лишь те обозначения, которые используются во всех трёх главах. Обозначения, употребляе-
мые при обзоре литературы в первой главе, поясняются непосредственно в тексте диссертации.

= — число Стантона;
РеиесрАТ
Т - температура, [К];
Ти - интенсивность турбулентности, [%];
и, V - компоненты вектора скорости по координатам х,у соответственно,[м/с]; и+ = и / ит - безразмерная продольная скорость;
- динамическая скорость,[м/с]; х, у - продольная и поперечная координаты относительно поверхности пластины, [м];
у+ = иху / V - безразмерная координата стенки; а = qw / ДТ - коэффициент теплоотдачи, [Вт/(м2 К)];
АТ = (Т№ -Те)- перепад температур между стенкой и основным потоком, [К];
5 - толщина динамического пограничного слоя, [м];
5* - толщина вытеснения, [м];
8** - толщина потери импульса, [м];
8Т - толщина теплового пограничного слоя, [м];
б-** - толщина потери энергии, [м];
А, - теплопроводность, [Вт/(м-К)]; р. - динамическая вязкость газа, [Па-с];
V - кинематическая вязкость газа, [м2/с]; р - плотность газа, [кг/м3]; т - касательное напряжение, [Па];
Индексы:
О - параметры потока в начальном сечении; кр - критические параметры ламинарно-турбулентного перехода; е - параметры внешнего течения; г - турбулентный;
V/ - параметры на стенке;

Результаты экспериментального исследования ламинарно-турбулентного перехода на конусе в сверхзвуковом потоке при числах Маха М = 2, 3 и 4 представлены в статье [45]. Показано, что ламинарно-турбулентный переход на конусе наступает при больших числах Рейнольдса по сравнению со случаем обтекания плоской пластины в таких условиях. Авторы объясняют данный факт, с одной стороны, изменением амплитуды и частоты внешних возмущений при обтекании конуса таким образом, что эти характеристики вызывают усиление возмущений при больших числах Рейнольдса, а, с другой стороны, уменьшением уровня начальных возмущений на конусе, что, по-видимому, является следствием ускорения потока.
Результаты экспериментов по исследованию волновых характеристик пограничного слоя при ламинарно-турбулентном переходе на крыловом профиле представлены в работах [20, 19, 33, 18]. В более ранних экспериментах [20, 19] благоприятный градиент давления использовался для того, чтобы возмущения из набегающего потока не преобразовывались в турбулентные пятна и последующий ламинарно-турбулентный переход происходил только по причине искусственной генерации волн Толлмина - Шлихтинга.
В работе [33] исследовалось влияние акустического поля на переход к турбулентности в области ускорения. Показано, что акустическое поле значительно увеличивает пульсации в противоположность стабилизирующему воздействию отрицательного градиента давления. В статье [18] авторы приходят к выводу о том, что благоприятный градиент давления подавляет растяжение возмущения вдоль потока и приводит к делению уединённой полосчатой структуры на две, а также подавляет развитие наклонных волн, генерируемых полосчатой структурой в процессе её развития вниз по потоку.
Результаты теоретических исследований градиентных турбулентных пограничных слоев были представлены в [29, 28, 30]. На основе соображений размерности получена зависимость толщины турбулентного слоя от длины обтекаемого тела. Показано, что данная зависимость справедлива как в условиях течения с отрицательным градиентом давления, так и в условиях положитель-