Турбулентный пограничный слой в несжимаемой жидкости

Явление перехода ламинарного движения в турбулентное в круглой цилиндрической трубе распространяется и на движение вязкой жидкости в пограничных слоях на поверхности твердых тел, в струях и в следах за телами. Если условиться количественно сопоставлять скорость на внешней границе пограничного слоя со скоростью на оси трубы, а толщину погранслоя с радиусом трубы, то можно ввести в рассмотрение число Red пограничного слоя:

, характеризующее поток в данном сечении слоя.

Многочисленные опыты по определению критического числа для пограничного слоя на пластине привели к значениям, близким к критическому числу трубы. Тот же порядок Redкр был найден и при обтекании круглого цилиндра, шара и крыловых профилей. При этом было обнаружено, что относительное расположение критического сечения пограничного слоя, в котором ламинарный слой переходит в турбулентный, существенно зависит от степени возмущенности набегающего на тело внешнего потока. При изменении этого фактора изменяется и критическое число Рейнольдса пограничного слоя.

Наличие того или иного режима движения в пограничном слое обусловлено развитием течения вдоль пограничного слоя. Так, начальный участок слоя обычно бывает ламинарным, за ним располагается переходная область, где одновременно сосуществуют турбулентные зоны потока с ламинарными, и, наконец, область развитого турбулентного потока, состоящая из турбулентного ядра и тонкого вязкого ламинарного подслоя, граничащего с твердой стенкой.

Вместо Red можно рассматривать числа

, составленные по толщине вытеснения d* и толщине потери импульса d**. В настоящее время широко используется число Re**.

По опытам на различных крыльях в разных аэродинамических трубах значение

колеблется от 600 в сильно турбулентных трубах до 2300 в трубах с очень малой турбулентностью. Наблюдающиеся отличия в значениях

для различных крыльев объясняются (кроме различной начальной турбулентности потока), во-первых, разной шероховатостью поверхности крыла, а также тем, попадет ли критическое сечение в конфузорную или диффузорную части пограничного слоя. В области ускоренного течения (конфузорная часть слоя)

имеет бóльшие значения, чем в области замедленного течения (диффузорная часть слоя).

В случае свободного пограничного слоя, как, например, в струе или следе вдалеке за телом, критические числа Reкр очень малы, и практически всегда приходится иметь дело с турбулентными струями и следами за телом.

Содержание раздела