ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свободная турбулентность. Плоская затопленная турбулентная струя из "Механика жидкости и газа Издание3 " Если в результате осреднения (6), проведенного в данной точке в разные моменты времени I, будут получаться одни и те же значения ф, то такое осредненное движение называется стационарным, а само турбулентное движение — квазистационарным. [c.687] Если турбулентное движение не квазистационарно, то равенство (9) приходится постулировать как дополнительное свойство осреднения (6). [c.688] В научной литературе можно еще встретить термин тензор кажущихся напряжений, отражающий условный, инерционный характер турбулентных напряжений. [c.690] Здесь действительная (актуальная) температура Т представлена суммой осредненной температуры Т и пульсационной Т. Физические константы плостности р, теплоемкости Ср и теплопроводности Я предполагаются постоянными. [c.691] Уравнение (26) можно физически проинтерпретировать как уравнение осредненного баланса энергии в турбулентном потоке. [c.692] Заметим, что последний член в правой части этого уравнения, согласно (29), существенно отрицателен, т. е. всегда представляет потерю механической энергии турбулентного движения, ее непосредственный переход в тепло. Отсюда следует, что кинетическая энергия пульсационного движения в данном объеме может поддерживаться только за счет притока пульсационной энергии извне (второй член в левой части уравнения) и порождения ее внутри объема, благодаря неоднородности поля осредненных скоростей (первый член в правой части уравнения). [c.693] В частном случае турбулентности, сосредоточенной в объеме жидкости, окруженном иетурбулентным потоком, поддержание турбулентных пульсаций возможно только за счет пороладення ее внутри объема. [c.693] Не останавливаясь на более подробном анализе уравнения пульсационной энергии (26) ), обратим внимание на наличие в уравнении (26), кроме рейнольдсовых напрял ений, новых неизвестных осредненных двойных произведений пульсаций скорости и давления, тройных произведений пульсации скорости и произведений пульсаций на пульса-ционный тензор скоростей деформаций. [c.693] Выделение из общего турбулентного движения некоторого, сравнительно простого осредненного движения не меняет существа тех физических процессов, которые в действительности происходят в турбулентных движениях. Линии тока осредненного движения, непроницаемые для этого условно вводимого движения, проницаемы для пульсационного движения, которое переносит из слоя в слой сквозь линии тока осредненного движения количество движения, тепло, вещество и другие виды физических субстанций. Этот перенос, aцaлoги нIO тому, как это имеет место в случае молекулярного переноса в ламинарных движениях, определяет турбулентное трение между слоями в осредненном движении, тепломассоперенос между ними и другие разнообразные явления переноса. Отличие от ламинарного (молекулярного) переноса здесь в том, что носителями субстанции в турбулентном переносе являются не сравнительно ничтожные по массе отдельные молекулы, а конечные объемы жидкости, как иногда говорят, моли . В соответствии с этим и сами процессы турбулентного переноса называют молярными , в отличие от молекулярных процессов переноса в ламинарных движениях. [c.694] В воздухе, ила или песка в воде и т. п.). Перенос количества движения создает турбулентное трение между слоями, перенос тепла обусловливает турбулентную теплопроводность, перенос примесей — турбулентную диф( узию этих примесей. Механизм турбулентного перемешивания одинаков как для трения, так для теплопроводности или диффузии, разница заключается лишь в особых свойствах переносимой пульса-ционным движением субстанции — количества движения, тепла или примеси. [c.695] Выведем сначала общую формулу турбулентного трения в простейшем случае установившегося плоского осредненного движения, представленного на рис. 231. Рассмотрим элементарную площадку а о = а х-1, параллельную линии тока осредненного движения, находящейся на расстоянии у от нижней стенки трубы. Через эту площадку проходят линии тока пульсационного движения и переносят количества движе 1ия смежных слоев, расположенных как сверху, так и снизу от площадки, иа некотором расстоянии 1 2, причем скоростью переноса служит поперечная к осредненному потоку пульсационная скорость у. [c.695] Выделение коэффициента турбулентного перемешивания А в формуле (31) для касательного папрял ения турбулентного трения было впервые произведено французским ученым Ж. Буссинеском ) в связи с этим формуле (31) можно приписать название формулы Буссинеска. [c.695] Формула Буссинеска (31) содержит величину коэффициента турбулентного обмена А в качестве переменной по сечению трубы неизвестной величины, нуждающейся для своего определения в дополнительных теоретических сообрал ениях. [c.697] Современная измерительная техника позволяет получать не только осредненные во времени и пространстве, но, в известном приближении, и мгновенные значения скоростей и давлений. В дальнейшем при сравнении результатов теоретических расчетов осредненного турбулентного движения с опытными материалами всегда в скрытом виде будет предполагаться, что осреднение, производимое приборами, в какой-то мере совпадает с принятым законом осреднения (6). Конечно, такое предположение является новым дополнительным допущением возможность сравнения результатов теоретических расчетов турбулентных течений и опытных замеров может вызывать сомнение. Этот факт, а также встречающаяся в дальнейшем необходимость принятия ряда других допол-нительных допущений, возникающих по ходу изложения методов расчета турбулентных потоков, накладывает на все содержание настоящей главы общий отпечаток некоторой незаконченности и нестрогости. На современном этапе своего развития динамика турбулентного движения является одним из наиболее эмпирических разделов теоретической гидроаэродинамики. Актуальность практических приложений теории турбулентного движения, относящихся к самым разнообразным разделам современной техники, заставляет исследователя не пренебрегать и такими эмпирическими путями. [c.697] Прандтль ) придал величине I, входящей в формулу (32), физический смысл, аналогичный длине свободного пути пробега молекулы в теории молекулярного обмена. Он допустил, что подобно молекулярному обмену при турбулентном обмене конечный объем жидкости, выйдя из слоя, находящегося на некотором расстоянии от данного, сохраняет свое осредненное количество движения, пока не достигнет рассматриваемого слоя, и только здесь смешивается с окружающей жидкостью, отдавая ей всю разницу количеств движения. Расстояние от слоя, откуда объем вышел, до слоя, где произошло смешение, Прандтль назвал путем смешения (Mis hungsweg), отчего и вся теория получила наименование теории пути смешения. [c.697] Входящую в формулы (37) и (38) величину I, собственно говоря, только пропорциональную ранее введенному пути смещения I, называют также путем смешения, считая коэффициент пропорциональности входящим в ее определение. В настоящее время неизвестной величине I уже не придают обязательный смысл пути смешения . Считается, что эта величина характеризует геометрическую структуру турбулентности потока, средний размер участвующих в турбулентном переносе (перемешивании) жидких масс или, к наче говоря, масштаб турбулентности. К этому вопросу мы еще в дальнейшем возвратимся. [c.698] Покажем из простых соображений размерности,, что наличие той или другой линейной величины в формуле, связывающей турбулентное напряжение трения т с первой производной йи/йу, совершенно необходимо. [c.698] Вернуться к основной статье