2. Кризис сопротивления плохообтекаемых тел

Плохообтекаемые тела можно разделить на тела с фиксированной и перемещающейся точкой отрыва. Точкой фиксированного отрыва пограничного слоя являются острые кромки и углы, причем положение этой точки оказывается не зависящим от скорости обтекания тела. К таким телам относятся, например, пластины, поставленные поперек потока. У тел с переменной точкой отрыва ее положение зависит от режима течения жидкости в пограничном слое. Точка отрыва находится в области положительного перепада давления; у ламинарного пограничного слоя она расположена ближе к минимуму эпюры давления на поверхности тела, чем у турбулентного. Изменение режима течения в пограничном слое таких тел приводит к резкому перемещению точки отрыва пограничного слоя и, как следствие, к резкому изменению величины их сопротивления.

Явление резкого изменения сопротивления называется кризисом сопротивления плохообтекаемых тел, а соответствующее ему число Рейнольдса — критическим числом Re_кр.

П римером тел с переменной точкой отрыва являются шар и круговой цилиндр, движущийся перпендикулярно образующей. На рис.30 представлена зависимость R_x = f(v₀) для шара. Зависимость с_x = f(Re) (Re =  ) представлена на рис.31. Из этих рисунков следует, что в сравнительно узком диапазоне скоростей и чисел Рейнольдса соответствующие значения R_x и с_x существенно уменьшаются по сравнению с их значениями при меньших скоростях, соответствующих ламинарному режиму обтекания шара.

В общем балансе сопротивления плохообтекаемых тел сопротивление формы играет основную роль и составляет, например, у кругового цилиндра, до 98% полной величины вязкостного сопротивления. В связи с этим особенности изменения вязкостного сопротивления таких тел определяются особенностями изменения сопротивления формы (вихревого). Основная причина возникновения сопротивления формы состоит в коренном изменении структуры потока за точкой отрыва пограничного слоя по сравнению с обтеканием невязкой жидкостью. Очевидно, что величина сопротивления формы зависит от ширины зоны отрыва.

У тел с фиксированными точками отрыва ширина вихревой дорожки не меняется, и их коэффициент сопротивления практически не зависит от числа Re.

У тел с переменной точкой отрыва коэффициент вязкостного сопротивления резко уменьшается при замене ламинарного течения в пограничном слое турбулентным. Это обусловлено перемещением положения точки отрыва к корме и сокращением ширины зоны отрыва за телом, как показано на рис.32. Происходящее при этом увеличение сопротивления трения не влияет на описанную картину, так как его роль в общем балансе сопротивления в данном случае ничтожна.

П ри числах Рейнольдса, меньших критического (10⁴<Re<1.510⁵) коэффициент сопротивления шара практически не зависит от числа Re. Это объясняется постоянством положения точек отрыва ламинарного пограничного слоя на его поверхности.

У плохообтекаемых тел кризис сопротивления тем интенсивнее, чем сильнее при возрастании числа Re сужается вихревая область за телом.