Способ измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности,обтекаемой турбулентным потоком Советский патент 1982 года по МПК F15D1/06 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КАСАТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ,ОБТЕКАЕМОЙ

V .

Изобретение относится к гидравг 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 скороети 1.

Недостаток известного способа низкая точность измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности в турбулентном пограничном слое.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно производят измерение среднеквадратичной пульсэционной ТУРБУЛЕНТНЫМ ПОТОКОМ

составляющей продольной скорости и определяют расстояние от стенки до поверхности с максимальной величиной среднеквадратичной пульсационной составляющей, а касательное напряжение определяют из соотношения

.tn(

(1)

10

где л - плотность жидкости;

9 - коэффициент кинематической

15 вязкости;

Yg - расстояние от стенки до поверхности максимума профиля пульсации;

Ug - значение средней продольной

20 скорости на расстоянии Yg от стенки;

С - касательное напряжение. Использование предлагаемого способа обусловлено тем, что поверхности с максимальным значением средн квадратичной пульсационной составляю щей продольной скорости соответствует определенное расстояние от стенки УЗ , причем такое расстояние от стенки Yg однозначно связано соотношением (1) со значением средней продольной скорости и на этом же рас стоянии. Поскольку плотность жидкости о и коэффициент кинематической вязкости 9 известны до измерения касательного напряжения на стенке Cw , то после установления значений Yg и Ug в выражении (1) остается неизвестным только значение . которое определяется из (1) методом подбора. Поверхности с максимальным значением среднеквадратичной пульсационной сос тавляющей продольной скорости COOTветствует излом профиля средней продольной скорости. Поэтому значение средней продольной скорости Ug 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 -Р . Датчик измерителя среднеквадратич ной пульсации продольной скорости и средней продольной скорости, связан ный 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 продоль ной скорости и расстояние Yg от максимума до стенки. Измеряют значение и средней продольной скорости на расстоянии от стенки Yg. Значения Uc, Ye, 1 и р подставляют в соотношение (1) и методом подбора опреде ляют касательное напряжение на стенке , например, по соответствующей программе в ЭВМ. Причем возможно одновременное измерение среднеквадратичной пульсации продольной скорости и средней продоп льной скорости одним и тем же датчиком, например термоанемометром, измеряющим одновременно обе эти величи ны, 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 Yg, В зависимости от вида шероховатой поверхности при турбулентном течении основного потока используют два варианта отсчета (измерен11я) расстояния Y от стенки: отсчет от приведенной поверхности (приведенного диаметра для трубы) и отсчет от внутренней поверхности (внутреннего диаметра для трубы) Для большинства видов шероховатой поверхности, которые характеризуются 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 D,pH4V/ftL , где V - внутренний объем участка трубы, LI - 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 Df,p/2. В случае шероховатой поверхности на пластине ее покрывают водой непосредственно до полного погружения выступов. Тогда объем воды равен V :HLtnp,(3) где L - длина пластины; Н - ширина пластины. Из (3) определяют t , от которого ведут отсчет Y . 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

596i 282

трубе или от вершин выступов в случае течения на плоской пластине.

Использование предлагаемого способа косвенного измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности в турбулентном пограничном слое обеспечивает повышение точности измерения касательного напряжения.

Формула изобретения

Способ измерения касательного напряжения на шероховатой поверхности, обтекаемой турбулентным потоком, путем измерения средней составляющей продольной скорости в присте ной части слоя и расстояния до стенки и построения профиля средней составляющей продольной скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно производят измерение среднеквадратичной пульсационной составляющей продольной скорости и определяют расстояние от стенки до поверхности с максимальной величиной среднеквадратичной пульсационной составляющей, а касательное напряжение определяют

из соотношения

Р.

де

плотность жидкости; коэффициент кинематической вязкости;

расстояние от стенки до поверхности максимума профиля пульсации;

- значение средней продольной скорости на расстоянии Yg от стенки;

- касательное напряжение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ротта И,К. Турбулентный пограничиыи слой е несжимаемой жидкости.

о.

|Л. , Судостроение 1967, с. 178.