Рейнольдса
Re = ˉ
V
∞
ˉ
D/
ˉ
ν <
5
(
ˉ
V
∞
— скорость набегающего пото-
ка;
ˉ
ν
— коэффициент кинематической вязкости) обтекание кругового
профиля происходит без отрыва пограничного слоя. Увеличение чи-
сла Рейнольдса приводит к отрыву ламинарного пограничного слоя
от поверхности профиля. При
5
<
Re
<
60
внутри области отрыва
у кормовой части профиля устойчиво располагаются два вихря (зоны
вращательного движения разных знаков), за которыми вниз по тече-
нию следует извилистый вихревой слой. В этом диапазоне значений
числа Рейнольдса след (область течения позади тела, в которой про-
исходят изменения, обусловленные присутствием тела) полностью ла-
минарный. При
60
<
Re
<
300
реализуется устойчивый ламинарный
режим течения с регулярной вихревой дорожкой Кармана: вихри за
профилем расположены уже не стабильно, а образуются и отрывают-
ся поочередно то с одной, то с другой стороны. Такой режим течения
характеризуется безразмерной частотой схода вихрей — числом Стру-
халя
Sh = ˉ
f
ˉ
D/
ˉ
V
∞
(
ˉ
f
— частота схода вихрей). При б´ольших значениях
числа Рейнольдса возникает турбулизация течения в следе.
Если обтекаемый круговой профиль вращается, то структура те-
чения сильно изменяется, поскольку при обтекании вращающегося
тела образуется сила, воздействующая на тело и направленная пер-
пендикулярно потоку. Это явление известно как эффект Магнуса [2].
Если профиль вращается с постоянной угловой скоростью
ω
=
ω
0
,
то вихревой след за цилиндром наблюдается только при низких ско-
ростях
ω
0
и полностью подавляется при критической скорости вра-
щения
ω
cr
0
, зависящей от числа Рейнольдса. При
ω
0
> ω
cr
0
наблю-
даются два стационарных вихря, которые при возрастании угловой
скорости
ω
0
становятся более вытянутыми и смещаются в направле-
нии вращения. Если угловая скорость профиля изменяется по закону
ω
=
ω
(
t
) =
ω
0
sin(2
πS
e
t
)
, где
t
= ˉ
t
ˉ
V
∞
/
ˉ
D
— безразмерное время;
S
e
—
безразмерная частота вращательных колебаний, то в зависимости от
амплитуды угловой скорости
ω
0
и величины
S
e
могут наблюдаться
различные режимы течения.
При определенных значениях параметров
ω
0
и
S
e
наибольший ин-
терес представляют два возможных эффекта: 1) сильное снижение ло-
бового сопротивления, экспериментально установленное в работе [3];
2) стабилизация следа (эффект Танеды), наблюдаемая в эксперимен-
тах [4]. Если ввести понятие “относительная частота вынужденных
колебаний”
n
=
S
e
/
Sh
, где
Sh
— число Струхаля при обтекании непо-
движного профиля, характеризуемом тем же значением числа
Re
, то
можно утверждать, что первый эффект наблюдается в случае низко-
частотных колебаний (в работе [3] при
n <
5
), а второй — в случае
высокочастотных (в работе [4] при
n >
14
). Выбору оптимальных
94
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 3
