-69-
В пограничном слое имеет место падение давления, что вытекает из того факта, что центробежная сила, стремящаяся отбросить газ, находящийся в пограничном слое, должна в установившемся движении бчть уравновешена силой, возникающей вследствие разности давлений внешней средч и слоев, находящихся в области, располагающейся ближе к центру вращения.
Как показал Розенхед 12 j, поверхность пограничного слоя плоской струи стремится свернуться в ряд двойных спиралей /рис. 4.3/, образуя вихри, оси которых перпендикулярны направлению струй и градиенту скорости. Получившиеся вихри начнут самопроизвольно сжиматься, ументиая радиус и увеличивая окружную скорость. Экспериментальным подтверждением самопроизвольного сжимания вихрей является образование вихрей у входов в воздухозаборники самолетных двигателей: при диаметре воздухозаборника около одного метра образовавшийся вихрь имеет диаметр порядка 4-6 сантиметров.
Рассмотрим этот процесс.
Падение вязкости в пограничном слое вихря с одной стороны и отброс центробежной силой газа из центральной области вихря на периферию с другой стороны способствуют тому, что газовый вихрь формируется как вращающаяся труба, в стенках которой размещается основная масса вихря.
Работч, проведенные на специально созданном стенде, показали, что вихрь в самом деле представляет собой образование типа трубы с уплотненными стенами /рис. 4.4; 4.5/.
На элемент такой трубы действуют центробежная сила и разность внешнего и внутреннего давлений /рис. 4.4/, так что
/4.9/
= а
где
' - ускорение вдоль радиуса, приобретаемое массой ? - радиус;
- угол, занимаемый элементом массы Как видно из выражения, при некотором значении радиуса
/4.10/
имеем. , , ^
/4.11/
величина ускорения будет положительна и масса будет отброшена от вихря. Оставшаяся часть имеет 2*=^.
- 70 -
2
Рис. 4.4. Распределение плотности газа в устойчивом вихре и эпюра касательных скоростей.
Рис. 4.5. Зависимость скорости вращения газа в вихре от радиуса /по Кастерину/.