Способ измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности,обтекаемой турбулентным потоком
Соеэ Советски к
Сациалиатичееиин
Рвелублик
ОП ИС
ИЗОБРЕ
К АВТОРСКОМУ С (61) Дополнительное к авт.
{22) Заявлейо 24. 06. 80 { с присоединением заявки М
{23) Приоритет
Опубликовано .07. 10
Дата опубликования
9кударетеенны1 квинтет
СССР
60 делам наабретеннй к открытка. (72) Авторы изобретения
В.Ф.Потемкин и Г.А.Дрейцер
Московский ордена Ленина авиаЦионный институт им. Серго . Орджоникидзе (7l ) Заявитель,с- (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КАСАТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
НА .ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБТЕКАЕМОЙ
ТУРБУЛЕНТНЫМ ПОТОКОМ составляющей продольной скорости и определяют расстояние от стенки до поверхности с максимальной величиной среднеквадратичной пульсационной сос5 тавляющей, а касательное напряжение определяют иэ соотношения (v,Л р) (i)
U5 — -1
Гм Т где р
1 Ю
Изобретение относится к гидрав-. лике и аэродинамике, включая как . внутреннее, так и внешнее обтекание жидкостью (газом) твердых тел.
Известен способ измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности, обтекаемой турбулентным потоком, путем измерения средней составляющей продольной скорости в пристенной части слоя и расстояния до стенки и построения профиля средней составляющей продольной скорости (1) .
Недостаток известного способанизкая точность измерения касательного напряжения на шероховатом поверхности в турбулентном пограничном слое.
Цель изобретения — повышение точности.
Указанная цель достигается тем, что дополнительно производят измерен.е среднеквадратичной пульсационной
- плотность жидкости;
- коэффициент кинематической вязкости;
- расстояние от стенки до поверхности максимума профиля пульсации;
- значение средней продольной скорости на расстоянии Y . от стенки;
- касательное напряжение.
964282
Использование предлагаемого способа обусловлено тем, что поверхности с максимальным значением среднеквадратичной пульсационной составляющей продольной скорости соответству- ъ ет определенное расстояние от стенки У>, причем такое расстояние от стенки Y+ однозначно связано соотношением (1) со значением средней продольной скорости и на этом же рас- >О стоянии.
Поскольку плотность жидкости Р и коэффициент кинематической вязкости известны до измерения касательного напряжения на стенке д, то после установления значений У< и U+ в выражении (1) остается неизвестным топько значение „, которое определяется из (1) методом подбора. Поверхности с максимальным значением среднеквадратичной пульсационной составляющей продольной скорости соответствует излом профиля средней продольной скорости. Поэтому значение средней продольной скорости U можно также определить по излому ее профиля.
Касательное напряжение на шероховатой поверхности измеряют следующим образом.
Заранее знают (или определяют) плотность жидкости р и кинематический коэффициент вязкости .
Датчик измерителя среднеквадратичной пульсации продольной скорости и средней продольной скорости, связанный с координатником, перемещается в пристенной части турбулентного пограничного слоя и измеряет среднеквадратичную пульсацию продольной скорости, выводя показания на самописец или в ЭВМ.
Определяют максимальное значение среднеквадратичной пульсации продольной скорости и расстояние У> от максимума до стенки. Измеряют значение
U средней продольной скорости на расстоянии от стенки У>. Значения
U, Y, ) и р подставляют в соотношение (1) и методом подбора опреде". ляют касательное напряжение на стен-. ке 11... например, по соответствующей программе в ЭВМ.
Причем возможно одновременное измерение среднеквадратичной пульсации продольной скорости и средней прадо И льной скорости одним и тем же датчиком, например термоанемометром, измеряющим одновременно обе эти величины, или измерение указанных величин разными датчиками последовательно во времени.
Можно также измерять только среднюю продольную скорость в пристенной части слоя, определяя излом профиля скорости и расстояние до него от стенки Y
В зависимости от вида шероховатой поверхности при турбулентном течении основного потока используют два варианта отсчета (измерения) расстояния Y от стенки: отсчет от приведенной поверхности (приведенного диаметра для трубы) и отсчет от внутренней поверхности (внутреннего диаметра для трубы)
Для большинства видов шерохова"той поверхности, которые характсризуются существенным вкладом вихревых зон, образующихся на шероховатой поверхности, в результирующий турбулентный поток, расстояние от стенки измеряют от приведенной поверхности.
Приведенная поверхность определяется экспериментально проливной водой шероховатой поверхности для определения. количества воды, заполнившей впадины. В случае шероховатой трубы приведенный диаметр (2) где V — внутренний объем участка трубы, L - его длина. О величине объема V судят по объему заполнившей его воды. Поскольку ось трубы однозначно определена, то расстояние Y измеряют от поверхности, находящейся от оси трубы на расстоянии, равном Dä /2.
В случае шероховатой поверхности на пластине ее покрывают водой непосредственно до полного погружения выступов. Тогда объем воды равен
V=Hl t 11р (3) где L - длина пластины; Н вЂ” ширина пластины. Из (3) определяют t от которого ведут отсчет У
При особом виде шероховатой поверхности, когда из-за относительно большой глубины впадин образующиеся во впадинах вихревые зоны вносят малый вклад в результирующее течение жидкости в направлении основного потока, Y измеряют от внутреннего диаметра в случае течения в шероховатой
5 96428 трубе или от вершин выступов в случае течения на плоской пластине.
Использование предлагаемого способа косвенного измерения касательного напряжения на шероховатой поверх- 3 ности в турбулентном пограничном слое обеспечивает повышение точности измерения касательного напряжения.
1 формула изобретения где Р
1Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Ротта И.К. Турбулентный пограничный слой в несжимаемой жидкости. Л., Судостроение, 1967, с. 178.
Составитель A. Теверовский
Редактор И. Янович Техред А.Ач Корректор А. Ференц
БД7Р% 1 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, москва, Ж-35, Раушская наб, 4/5
Филиал !1Г1(Патент, г. ужгород, ул. Проектная, Способ измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности, обтекаемой турбулентным пото ком, путем измерения средней составляющей продольной скорости в пристен ной части слоя и расстояния до стенки и построения профиля средней составляющей продольной скорости, о т - 20 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, дополнитель-. но производят измерение среднеквадратичной пульсационной составляющей продольной скорости и определяют расстояние от стенки до поверхности с максимальной величиной среднеквадI
2 6 ратичной пульсационной составляющей, а касательное напряжение определяют из соотношения плотность жидкости; коэффициент кинематической вязкости; расстояние от стенки до поверхности максимума профиля пульсации; значение средней продольной скорости на расстоянии
У> от стенки; касательное напряжение.
