Влияние затупления и полуугла раствора конуса на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный при числе м=6 Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦА Г И

Т о м XV

198 4

№ 3

УДК 532.526.3

ВЛИЯНИЕ ЗАТУПЛЕНИЯ И ПОЛУУГЛА РАСТВОРА КОНУСА НА ПЕРЕХОД ЛАМИНАРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПРИ ЧИСЛЕ Мж = 6

Представлены экспериментальные результаты по влиянию полуугла раствора конуса и степени затупления на расположение области перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный при числе Маха М« = 6, числе Рейнольдса Ие» 1.=2,8-106 и больших углах атаки. Показано, что затупление вершины модели приводит к затягиванию перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Увеличение полуугла раствора ускоряет переход. На затупленном конусе образование отрывного течения происходит при меньших углах атаки, чем на остром конусе.

Настоящая работа является продолжением исследований, начатых в работе [1], в которой были обнаружены области интенсивного теплообмена на боковой поверхности острого конуса, связанные с переходом ламинарного течения в турбулентное. Как известно [2], энтропийный слой, возникающий из-за искривления головного скачка уплотнения в окрестности затупления модели, с одной стороны уменьшает критическое число Яе перехода (Не,,-р), с другой стороны уменьшает значение числа Не, рассчитанного по параметрам на внешней границе пограничного слоя из-за уменьшения плотности, скорости газа. Эти факторы смещают положение зоны перехода в разные стороны. Явление существенно усложняется с возникновением в пограничном .слое вторичного течения, которое заметно влияет на положение области перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный [3], приводя к новым особенностям течения в виде появления вблизи подветренной поверхности вихрей ячейковой структуры [1].

Известный практический и теоретический интерес представляет исследование влияния полуугла раствора конуса и степени затупления на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный на модели, расположенной под большим углом атаки с интенсивным вторичным течением и отрывом потока в теневой области.

1. Модели представляют собой острые и затупленные по сфере конуса, изготовленные из текстолита. Исследования проведены с помощью термоиндикаторных покрытий [4]. Количественная обработка полученных данных проведена по методике, использующей решение уравнения теплопроводности для полубесконечной пластины

ловой поток, — теплоусвояемость текстолита, 7^ — температура плавления

термоиндикатора, Ти — начальная температура модели и т — время от момента ввода модели в поток до начала плавления термоиндикатора. Данные по тепло-

7о—температура в форкамере аэродинамической трубы, ср — теплоемкость воздуха, Рдд, ит — параметры газа в невозмущенном потоке.

А. К- Иванов

с граничными условиями второго рода

Рис. 1

0,5

\&з~ 1МН

V

1мм -Змм

ЧО''-0~

х

В =п вк=0 3 х К, =0^мм * 1мм о 2мм а , Змм

‘п

10

15°

0 5° 10° 15

а 9

V В, =10° 4 • а X

1! • 8

«5 - X 0,5 мм

А 1мм

о 2 мм

20°

ос

Эксперименты проведены в аэродинамической трубе с числом Мсо = 6. Число Рейнольдса, подсчитанное по параметрам невозмущенного потока и длине модели /. = 0,08 м, составляет 2,8-106. Температура в форкамере аэродинамической трубы равна 570 К.

2. На рис. 1 представлены фотографии наветренной поверхности моделей, на которых видны области интенсивного теплообмена, вызванные переходом ламинарного течения в турбулентное. Положение облас- а ти перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный удобно описывать, фиксируя некоторую точку А, которая расположена на минимальном расстоянии от вершины до начала зоны интенсивного теплообмена (см. работу [1]).

На рис. 2 приводятся полученные данные по влиянию угла атаки на положение начала зоны перехода пограничного слоя при разных полууглах раствора конуса (0К) и различных затуплениях вершины (Лз). Достаточно отчетливо видно, что увеличение угла атаки на острых конусах б приводит к небольшому удалению начала области перехода от вершины. Увеличение полуугла раствора конуса при всех углах атаки приводит к уменьшению расстояния до начала области перехода, что связано, очевидно, с увеличением числа Рейнольдса на внешней границе пограничного слоя из-за увеличения плотности газа.

Затупление изменяет поведение области перехода (рис. 2, а). Увеличение угла атаки приводит к уменьшению расстояния до начала области интенсивного теплообмена. При больших углах атаки расположение начала области перехода перестает зависеть от него. Тем не менее полученные данные позволяют заметить приближение начала области перехода к наветренной образующей с ростом угла атаки (рис. 2, б) для всех затуплений конуса.

I

5°

10° 15°

Рис. 2

ос

Рис. З

• x/L =0,55 0,75

St 10

і і і

210° ifi

x/L =0,75

U линия стенания

J----1____I

150° 150° 210‘ f

Рис. 4

Затупление вершины конуса приводит к заметному удалению начала области перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный особенно при малых углах атаки, когда энтропийный слой «растекается» по поверхности модели. При больших углах атаки это влияние существенно меньше и связано, по-видимому, с уменьшением расстояния до вершины на затупленном конусе, которое приблизительно равно

R3 tg 0ft ¿ ‘

В работе [1] было показано, что образование области интенсивного теплообмена на боковой поверхности острого конуса возникает при а=0к, когда в теневой области появляется характерное для присоединения потока плавление термоиндикаторного покрытия. На рис. 3 представлены фотографии подветренной поверхности затупленных конусов, на которых видно такое же характерное плавление термоиндикатора, причем угол атаки, под которым расположены затупленные конуса (а=5°), значительно меньше, чем угол атаки (а=10°), при котором аналогичное явление наблюдалось на острых конусах [1]. Также, как и на подветренной поверхности острых конусов, заметны «полосы» плавления термоиндикатора, располагающиеся существенно дальше от подветренной образующей, чем для острого конуса.

На рис. 4 приводятся количественные данные величины теплового потока к подветренной поверхности затупленных конусов и расположение огибающих предельных линий тока в этом же поперечном сечении (линий стекания). Эти экспериментальные результаты показывают, что затупление вершины конуса приводит, по-видимому, к интенсификации вторичного течения в пограничном слое и образованию возвратного течения при меньших углах атаки, чем в случае обтекания острых конусов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов А. К. Особенности перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на остром конусе под углом атаки в сверхзвуковом потоке газа. — Ученые записки ЦАГИ, 1977, т. VIII, № 4.

2. Стетсон К., Раштон Г. Исследование перехода пограничного слоя в ударной трубе с соплом Моо = 5,5. — Ракетная техника и космонавтика, 1967, № 5.

3. Давыдова Н. А., Ю ш и н А. Я. Переход пограничного слоя на остром конусе под углом атаки. — Ученые записки ЦАГИ, 1973, т. IV,

№ 2.

4. Ардашева М. М., Ладыгин А. Н., Майк а пар Г. И., Ильина С. А., Первушин Г. Е., Т о л к а ч е в а К. Ф. Применение плавящихся термоиндикаторов для измерения тепловых потоков к моделям в аэродинамических трубах.—-Ученые записки ЦАГИ, 1972, т. III,

№ 1.

Рукопись поступила 6/XII 1982 г.