Структура пограничного слоя

Рассмотрим обтекание твердого тела газовым потоком. В спектре обтекании можно выделить 4-е характерные зоны течения в пограничном слое:

Рис 5.1.5 Схема структуры пограничного слоя

Зона 1 – от передней кромки обтекаемого профиля и до его максимальной толщины. В этой зоне толщина слоя минимальная, течение слоистое, струйки газа между собой не перемешиваются. Такое течение называется ламинарным.

Зона 2 – это область перехода ламинарной структуры пограничного слоя в турбулен-тную. Линия «п» - это линия по толщине погранслоя перехода ламинарной структуры в турбулентную.

Зона 3 – это область пограничного слоя в которой движение частичек газа враща-тельно – поступательное с перемешиванием частиц газа по толщине погранслоя и носит название турбулентного течения.

Зона 4 – это область течения за пределами обтекаемого тела, и носит название спут-ной струи (вихревой след).

По мере движения частиц газа вдоль поверхности тела влияние вязкости газа посте-пенно приводит к разрушению ламинарной структуры слоя, затем происходит интенсивное перемешивание частичек газа по толщине пограничного слоя и образуется турбулентное течение в пограничном слое. Согласно физической природе образования ламинарного и турбулентного слоев, распределение скоростей потока газа по толщине пограничного слоя будет иметь различный вид.

Рис 5.1.6 Схема структуры газового потока пограничного слоя.

1 – ламинарный слой;

2 – турбулентный слой;

3 – ламинарная прослойка в турбулентном слое;

х _т – координата перехода ламинарного течения в турбулентный;

l -длина обтекаемой пластины.

В ламинарном пограничном слое движение газа происходит без взаимного проник-новения одного слоя в другой. Сила трения зависит от интенсивности изменения касатель-ной скорости потока по толщине пограничного слоя, т.е. от градиента скорости

Касательное напряжение трения можно определить по формуле:

Где

– динамический коэффициент вязкости.

В турбулентном пограничном слое слоистое течение газа разрушается, частицы газа кроме прямолинейного движения по направлению потока имеет вращательное движение и перемещение по толщине пограничного слоя, в результате чего частички газа движутся по сложным траекториям. При этом возникает дополнительное сопротивление трения, свя-занное с переходом частиц газа с одного режима течения на другой, что приводит к изме-нению (уменьшению или увеличению) количества движения жидкости.

Где

– длина пути смешивания частиц газового потока, м;

– массовая плотность газа, кг/м³.

Рассмотрим относительное изменение скорости течения по толщине пограничного слоя.

Рис 5.1.7 Схема изменения толщины погранслоя от скорости течения

Скорость течения газового потока при ламинарном и турбулентном течении, можно определить по формулам:

Изменения толщины пограничного слоя и касательногонапряжения трения можно представить графически по длине плоской пластины

Рис 5.1.8 Графики зависимости толщины и касательного напряжения по длине пластины

Из формул и графических зависимостей следует, что толщина пограничного слоя от носика пластины до хвостика увеличивается пропорционально:

· при ламинарном течении , = )

· при турбулентном течении, =( )

При этом напряжение трения в пограничном слое изменяется по мере удаления от носика обтекаемого тела:

· при ламинарном течении , = )

· при турбулентном течении ,=

Дата добавления: 2013-12-12