Ламинаризация пограничного слоя

УПРАВЛЕНИЕ ТЕЧЕНИЕМ ЖИДКОСТИ В ПРИСТЕННОМ СЛОЕ

Как было показано, сопротивление трения составляет основную долю сопротивления удобообтекаемого тела, движущегося в воде. Поэтому естественны попытки воздействовать на пристенное течение жидкости с целью снижения именно этой составляющей сопротивления. К настоящему времени предложены десятки принципиально возможных подходов к решению данной задачи. Не все они практически реализуемы, энергетически или экономически выгодны. Некоторые из них вызывают возражения с кон­структорской или технологической точки зрения. Ограничиваясь чисто гидродинамической стороной вопроса, рассмотрим некото­рые пути снижения гидродинамического сопротивления.

Если составить отношение коэффициента трения пластины при турбулентном обтекании (сте­пенной закон Фолкнера) к аналогичному коэффициенту при лами­нарном обтекании (закон Блазиуса), то получим

(6.50)

При Re_L=106 это отношение равно 3,4, а при Re_L=10⁸ —16,0, т. е. с ростом числа Рейнольдса наблюдается увеличение превышения турбулентного трения над ламинарным. В диапазоне Re_L=10⁶...10⁹ сохранение ламинарного пограничного слоя на 50% длины пластины дает снижение сопротивления на 30...45%. Отсюда понятно стремление к ламинаризации пограничного слоя.

Решение данной задачи можно осуществлять различными спо­собами. Этой цели прежде всего служат так называемые ламинаризированные профили. Характерной особенностью очертаний та­ких профилей является смещение вниз по потоку сечения с мак­симальной толщиной на расстояние до 60% хорды. Следователь­но, на значительной протяженности течение происходит с пониже­нием давления (), что способствует устойчивости лами­нарного пограничного слоя и затягивает его переход в турбулент­ное состояние. Ясно, что предельное положение сечения макси­мальной толщины должно быть таким, чтобы можно было обеспе­чить безотрывное обтекание в кормовой области. Таким образом, ламинаризация пограничного слоя путем соответствующего фор­мирования контура имеет ограниченные пределы применения. К этому следует добавить, что экспериментами установлены зна­чительно меньшие значения критических чисел Рейнольдса для ламинаризированных обводов тел вращения (Rе_кр. = 2... 4,5*10⁷) по сравнению с профилями. При превышении этих значений чисел Рейнольдса эффект снижения сопротивления на телах вращения исчезает вследствие турбулизации пограничного слоя. Ламинари­зации пограничного слоя способствует его отсос (Прандтль).