вдув в пограничный слой

Рис. 1. Профили скоростей в ламинарном пограничном слое на продольно обтекаемой пластине.

вдув в пограни́чный слой — подвод жидкости или газа в пограничный слой через проницаемую поверхность обтекаемого тела. При этом на проницаемой поверхности нормальный к ней компонент υ вектора скорости газа (жидкости) принимает положительное, значение и определяет собой скорость вдува υ_ω. Локальной размерной характеристикой вдува является его интенсивность
ρ_ωυ_ω = lim∆m/∆S
при ∆S→0, где ∆m — секундный расход вещества, подводимого через элементарную площадку ∆S проницаемой поверхности, ρ_ω — плотность вдуваемого вещества на поверхности тела. При анализе прикладных задач для характеристики интенсивности вдува вводится безразмерная величина a _+, называемая обычно параметром вдува при a ₊ > 0 или параметром отсоса при a ₊ < 0 (см. Отсос пограничного слоя). В частности, для плоского ламинарного течения a ₊ пропорционален соотношению
(ρ_ωυ_ω) (ρ_eu_e)^‑1 (Re)^1/2, где Re = ρ_eu_eL/μ_e Рейнольдса число, u — продольный компонент вектора скорости, ρ — плотность, μ — динамическая вязкость, L — характерный линейный размер, индекс «e» обозначает значение величины на внешней границе пограничного слоя. В рамках теории пограничного слоя должно выполняться условие υ_ω/u_e  1, или a ₊ ~ 0(1). При нарушении этого условия вдув влияет не только на течение в пограничном слое, но и на внешний невязкий поток.

Наличие вдува приводит к снижению местных значений напряжения трения и теплового потока и утолщению пограничного слоя; кроме того, вдув способствует дестабилизации <<ламинарного течения (профиль скорости имеет точку перегиба, рис. 1 и может вызвать более ранний переход к турбулентному режиму течения. Количественное воздействие вдува на пограничный слой зависит от многих факторов: интенсивности вдува и закона его распределения на обтекаемой поверхности, теплофизических свойств вдуваемого вещества, режима течения и т. д. На рис. 2 показано изменение теплового потока на поверхности пластины в зависимости от параметра вдува инородного газа в ламинарный пограничный слой, когда интенсивность вдува пропорциональна x^‑1/2, где x — продольная координата, отсчитываемая от острой кромки пластины (так называемый автомодельный вдув). Увеличение a ₊ приводит к сильному снижению теплового потока на всей обтекаемой поверхности. Для уменьшения расхода охладителя вдув можно осуществлять лишь на некотором начальном участке поверхности, где местные тепловые потоки при отсутствии вдува особенно велики; при этом снижение теплового потока происходит не только на проницаемом участке поверхности, но и достаточно далеко за ним — последействие вдува. В силу указанных закономерностей В. в п. с. является эффективным средством защиты обтекаемой поверхности летательного аппарата от аэродинамического нагревания.

В. А. Башкин.

Рис. 2. Влияние вдува инородного газа на местный тепловой поток на изотермической поверхности пластины.