Отрывное течение

Отрывно́е течение

Течение, в котором поток газа или жидкости, обтекающий тело, отрывается от его поверхности с образованием вихревой зоны. При дозвуковом течении типичным случаем является возникновение О. т. у поверхности тела с образующими криволинейной формы, например у профиля крыла, сферы и т. п. Необходимыми условиями возникновения О. т. при этом являются наличие на поверхности тела вязкого пограничного слоя (См. Пограничный слой) и повышение давления в направлении течения. В пределах толщины пограничного слоя δ скорость течения убывает от значения ν₀ (скорость внешнего потока) на внешней границе слоя до ν = 0 на поверхности тела, а давление остаётся таким же, как во внешнем потоке. Поэтому в непосредственной близости от поверхности тела, где скорость частиц близка к нулю, их кинетическая энергия оказывается недостаточной для преодоления повышающегося давления. В результате эта скорость становится равной нулю, а затем меняет направление на обратное. Возникновение возвратного течения приводит к значительному утолщению пограничного слоя и отрыву потока от стенки.

Образование областей О. т. существенно влияет на аэродинамические (или гидродинамические) характеристики тел. Например, Аэродинамическое сопротивление шара, летящего с дозвуковой скоростью, в основном определяется О. т. на поверхности задней полусферы. Турбулизация ламинарного пограничного слоя уменьшает зону О. т. и в несколько раз уменьшает силу аэродинамического сопротивления шара.

На верхней поверхности крыла самолёта при некотором угле атаки также возникает О. т., область которого с увеличением угла атаки возрастает. При этом подъемная сила крыла сначала перестаёт увеличиваться, а затем начинает уменьшаться.

При сверхзвуковых скоростях течения возникают ударные волны (См. Ударная волна), в которых давление резко возрастает. В случае, когда ударная волна образуется на поверхности с вязким пограничным слоем, возникает О. т. При сверхзвуковых течениях образование О. т. существенно влияет не только на аэродинамические характеристики тела, но и на его тепловой режим.

В большинстве случаев возникновение О. т. нежелательно. Для его предотвращения применяют отсос пограничного слоя, вдувание в пограничный слой газа с повышенной кинетической энергией и уменьшение роста давления в направлении течения путём соответствующего подбора формы поверхности обтекаемого тела. Однако при сверхзвуковых скоростях течения образование О. т. может оказаться и полезным. Например, игла, помещенная перед затупленным телом, вызывая О. т., способствует уменьшению аэродинамического сопротивления.

Лит.: Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 3 изд., М., 1970; Чжен П., Отрывные течения, пер. с англ., т. 1, М., 1972.

М. Я. Юделович.

Рис. 3. Отрывное течение при сверхзвуковом обтекании цилиндра с остриём.

Рис. 2. а — плавное обтекание крыла; б — обтекание крыла с отрывом потока.

Рис. 1. Схема образования отрывного течения при обтекании дозвуковым потоком тела с образующими криволинейной формы.