CC BY
58
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕВЫХ ШАЙБ НА ПОПЕРЕЧНОЕ ОБТЕКАНИЕ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ МАЛОГО УДЛИНЕНИЯ
Шмигирилов Родион Васильевич
студент математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: robin fin@mail. ru Рябинин Анатолий Николаевич д-р физ.-мат. наук, гл. научн. сотр. Санкт-Петербургского государственного
университета, РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: a riabinine@mail. ru
INFLUENCE OF END PLATES ON THE TRANVERSAL FLOW PAST RECTANGULAR PLATE OF SMALL ASPECT RATIO
Shmigirilov Rodion
Student, Faculty of Mathematics and Mechanics of St. Petersburg State University,
St. Petersburg Ryabinin Anatoly
D.Sc, Principal Researcher, St. Petersburg State University, St. Petersburg
АННОТАЦИЯ
Влияние концевых шайб на обтекание прямоугольной пластины исследуется экспериментально. Для двух пластин с концевыми шайбами и без шайб найдены коэффициент лобового сопротивления, коэффициент донного давления и размер рециркуляционной зоны.
ABSTRACT
Influence of end plates on the airflow around rectangular plate is studied experimentally. The drag force coefficient, the base pressure coefficient and dimension of recirculating region are obtained for two plates with and without end plates.
Ключевые слова: воздушный поток; плохообтекаемое тело; лобовое сопротивление; донное давление; рециркуляционная зона.
Keywords: airflow; bluff body; drag force; base pressure; recirculation region.
Концевыми шайбами называются пластины, устанавливаемые вдоль воздушного потока на концах исследуемых объектов. Концевые шайбы используются в аэродинамическом эксперименте как в испытаниях крыльев [2],
created by free version of
DociFreezer
так и при испытаниях плохо обтекаемых тел, например, сегментов мостов [1]. Цель установки концевых шайб - исключение перетекания воздушных потоков через торцы. Шайбы в плане имеют обычно круглую или эллиптическую форму. Размер шайб вдоль потока, как правило, в несколько раз превышает размер исследуемой модели. Недавние исследования [4; 6] показали, что наличие концевых шайб существенно меняет зависимость коэффициента нормальной силы призм малого удлинения от угла атаки, что приводит к уменьшению в несколько раз критической скорости галопирования упруго закрепленных призм.
В настоящей работе экспериментально исследуются влияние концевых шайб на аэродинамические характеристики очень простого плохо обтекаемого тела, каким является прямоугольная пластина, ориентированная перпендикулярно вектору скорости набегающего потока. Две прямоугольные пластины, отличающиеся удлинением X (отношением длины I к ширине м), испытывались в дозвуковой аэродинамической трубе АТ-12 Санкт-Петербургского государственного университета, описанной в работе [3]. В открытой рабочей части установки скорость воздушного потока может регулироваться в пределах от 0 до 40 м/с. Начальная степень турбулентности равна 0,4 %. Длина рабочей части 2,25 м, диаметр среза сопла круглого сечения 1,5 м. Пластины подвешивались в рабочей части аэродинамической трубы на проволочной подвеске аэродинамических весов. Ширина пластин равна 39 мм и 33 мм, длина — 489 мм и 810 мм соответственно. Испытания проводились с концевыми шайбами и без шайб. Шайбы представляли собой тонкие стальные диски диаметром 200 мм.
Измерения донного давления и разности давлений в ближнем следе пластины производились с помощью датчика Креля. Датчик Креля представляет собой цилиндр диаметром 8 мм и высотой 5 мм. В центре оснований цилиндра находятся отверстия забора давления диаметром 0,5 мм. Через боковую поверхность цилиндра выводятся две трубки диаметром 1 мм, через которые отверстия забора давления соединяются с дифференциальным спиртовым микроманометром с наклонной трубкой. Когда датчик Креля располагается
против центра пластины на расстоянии 1 -3 мм от кормовой поверхности пластины, а плоские поверхности датчика параллельны пластине, давление в обоих приемных отверстиях совпадает с донным давлением. Результаты измерения донного давления приведены на рис. 1. На этом же рисунке приведены ранее опубликованные результаты [5].
Рисунок 1. Коэффициент донного давления в зависимости от удлинения пластины. 1 — Результаты из работы [5]. 2 — Пластина, оснащенная концевыми шайбами. 3 — Пластина без концевых шайб
При удалении от пластины давление на подветренной стороне превышает давление на наветренной стороне и эта разность давлений максимальна на некотором расстоянии от пластины. При дальнейшем удалении разность давлений уменьшается и на расстоянии 10 от пластины равна нулю. В этой точке средняя скорость потока равна нулю, расстояние 10 представляет собой длину рециркуляционной зоны в следе за пластиной. На рис. 2 помещены результаты измерения длины рециркуляционной зоны.
0.4
w/U
0.3
0.2
0.1
■ ■ ■ ★ 3
V о/ о
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
МХ
Рисунок 2. Зависимость длины рециркуляционной зоны от удлинения пластины. 1 — Результаты из работы [5]. 2 — Пластина, оснащенная концевыми шайбами. 3 — Пластина без концевых шайб
С помощью аэродинамических весов определены коэффициенты лобового сопротивления пластин. Концевые шайбы увеличивают коэффициент лобового сопротивления пластины сх с удлинением X = 12,5 с 1,33 до 1,58. Для другой пластины (X = 24,5) сх увеличивается с 1,33 до 1,46.
Таким образом, концевые шайбы, установленные на плоские пластины, приводят к увеличению коэффициентов донного давления ср и лобового сопротивления сх и уменьшению относительной длины рециркуляционной зоны за центральной частью пластины
Список литературы:
1. Гостеев Ю.А., Обуховский А.Д., Саленко С.Д. Влияние формы на аэродинамические характеристики балочных мостов // Инженерно-строительный журнал. — 2014. — № 5. — С. 63—72.
2. Зверков И.Д., Занин Б.Ю. Влияние концевых шайб на топологию срывного течения на прямом крыле // Аэромеханика и газовая динамика. — 2002. — № 3. — С. 68—72.
3. Ковалев М.А. О расчете и исследовании аэродинамических труб // Уч. зап. Ленингр. ун-та. — 1939. — Вып. 7. — С. 61—86.
4. Люсин В.Д., Рябинин А.Н. Исследование влияния удлинения призмы на ее аэродинамические характеристики и амплитуду колебаний при галопировании // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика, механика, астрономия. — 2011. — № 2. — С. 139—145.
5. Рябинин А.Н. Некоторые экспериментальные исследования дозвуковых течений // Гидроаэромеханика / ред. В.Г. Дулов. — СПб. — 1999. — С. 216— 225.
6. Ryabinin A.N., Lyusin V.D. Galloping of small aspect ratio square cylinder // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. — 2015. — Vol. 10, — № 1. — P. 134—138.
^ created by free version of
S DociFreezer
