Охарактеризуйте основные режимы обтекания тел сферической формы потоком жидкости. Изобразите зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при обтекании.

Отрезок

Гидродинамический режим

Описание

Поток, обтекающий тело, является ламинарным и установившимся, хотя и асимметричным в продольном (по отношению к телу) направлении в результате замедления течения, обусловленного влиянием тела (рис. 6.1, б, режим ).

С увеличением критерия Рейнольдса поток становится еще более асимметричным, за телом появляются пара вихрей и след (рис. 6.1, б, режим ), т. е. возникает область замедленного по тока, которая начинает колебаться из стороны в сторону. При возрастании ширина следа уменьшается, одновременно уменьшается и коэффициент лобового сопротивления.

При дальнейшем увеличении критерия Рейнольдса след содержит двойной ряд равномерно расположенных вихрей (вихревая дорожка Кармана).

За переходной областью возникает турбулентный (автомодельный по отношению к ) режим.

Поток, непосредственно прилегающий к телу, является фактически установившимся. Справа от тела находятся два слоя, образующие вихри, которые неустойчивы и распадаются в беспорядочные структурные образования, типичные для турбулентности. Такая свободная турбулентность развивается в течениях со сдвигом без непосредст венного влияния твердых границ потока.

После точки роль отрыва становится более сложной: пограничный слой в правой части тела вновь присоединяется к поверхности тела след (рис. 6.1, а, режим ). Область, заключенная между временно отделившимся слоем и поверхностью тела, представляет собой ламинарную зону («пузырь») отрыва со слабым рециркуляционным течением. В этом диапазоне значений турбулентность следа и слоев со сдвигом распространяется в противоположную по отношению к общему движению потока сторону, т. е. поверхности тела. Пограничный слой за пузырем отрыва становится турбулентным, и конечный завершающий отрыв является отрывом турбулентного пограничного слоя.

Именно возникновение перехода в самом пограничном слое служит причиной резкого падения коэффициента лобового сопротивления. В области вблизи критического значения , при котором коэффициент сопротивления резко уменьшается (рис. 6.1, а, режим ), картина течения в значительной мере зависит от уровня турбулентности набегающего потока и шеро ховатости поверхности.

Дальнейшее увеличение критерия Рейнольдса при водит к устранению пузырей отрыва и расширению турбулентной части пограничного слоя; коэффициент лобового сопротивления вновь медленно возрастает. Отрывающиеся турбулентные пограничные слои обусловливают появление слоев со сдвигом, которые сами неустойчивы, что приводит к дальнейшему порождению турбулентности в следе.