ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структура турбулентного пограничного слоя. Обзор существующих эмпирических и полуэмпирических моделей из "Механика жидкости и газа Издание3 " Недостаточность наших знаний о механизме турбулентных движении становится еще более глубокой, когда дело касается такого слол -ного явления, как турбулентный пограничный слой. Наличие тормозящей движение жидкости стенки с ее имеющим анизотропный характер свойством по-разному гасить касательные и нормальные к ней пульсации, с одной стороны, и внешнего безвихревого потока с обычно очень малой по сравнению с областью самого пограничного слоя интенсив-1ЮСТЫ0 турбулентности, с другой, делает задачу сколько-нибудь адекватного описания действительного движения внутри пограничного слоя пока еще непосильно трудной. Как вообще в турбулентном движении, большие надежды возлагаются здесь на опыт, и надо признать, что надежды эти в значительной мере оправдались. [c.747] В этом факте обнаруживается характерная особенность пристеночной турбулентности — сосредоточенность возникновения ее вблизи стенки. Совершенно иначе обстоит дело со свободной турбулентностью (струя, след за телом), где максимальная порождаемость турбулентности имеет место вблизи точки перегиба профиля осредненных скоростей, т. е. пример1ю на расстоянии четверти ширины струи или следа от их оси. [c.748] Вслед за логарифмической областью располагается широкая внешняя область , в которой распределение скоростей подчиняется закону следа (подробнее об этом будет сказано далее), являющемуся следствием одиородрюсти турбулентности и постоянства коэффициентов турбулентного обмена в этой области. [c.748] На заре развития теории турбулентного пограничного слоя (двадцатые годы нашего столетия) прп использовании интегральных методов решения задачи профили скоростей в сечениях слоя задавали в том же виде, что и в сечениях плоских или цилиндрических труб. При этом ставили в соответствие толщину пограничного слоя радиусу трубы, переменную скорость на внешней границе слоя — постоянной вдоль трубы скорости на ее оси. В самом начале широко применялись степенные законы, в частности закон одной седьмой , вноследствии, с ростом рейнольдсовых чисел, одной восьмой , одной девятой и т. д. Крупным по тому времени шагом вперед явилось использование универсального логарифмического профиля скорости или дефекта скорости ). Если ие говорить об области вязкого подслоя, то пограничный слой представлялся однородным, без разделения на отдельные зоны степенные и логарифмические распределения скоростей принимались справедливыми по всему сечеиию слоя. [c.749] На рис. 257 приведен профиль скоростей в универсальных координатах ф = и/и Т1 = yvJv, причем координата т], отсчитываемая от поверхности пластины, отложена в логарифмическом масштабе. Это позволяет отчетливо показать форму профиля в непосредственной близости к пластине в ламинарном подслое и вместе с тем в значительном удалении от ее поверхности. Кружочки на графике схематически представляют осреднение многочисленных экспериментальных точек, па рисунке не показанных. [c.749] Отмеченное различие между распределениями скоростей во внешней области турбулентного пограничного слоя и в центральной части трубы является следствием многих причин. Быть может, главной из них является то, что в отличие от трубы внешняя область турбулентного пограничного слоя граничит с набегающим на пластину потоком, имеющим очень малую по сравнению с самим слоем интенсивность турбулентности ). Турбулентная структура этой области пограничного слоя, несмотря иа наблюдаемую стационарность профиля осредненных во времени скоростей на самом деле очень хаотична. В пограничный слой попеременно то врываются массы малотурбулентиой внешней жидкости, то восстанавливается турбулизированная жидкость пограничйого слоя. [c.751] Примером такого рода сетки может служить изображенное на рис. 259 семейство кривых, построенное Клаузероы ) в координатах и и, иу1 ). На кривых этого семейства отмечено заранее соответствующее каждой из них значение коэффициента местного сопротивления трения. Кружками показан конкретный случай применения сетки, приводящий к значению С( — 0,0020. При пользовании сеткой, естественно, приходится прибегать к интерполированию. [c.752] В котором влияние вязкости явно не выражено, а тормозящая роль стенки определяется при помощи входящего в величину и касательного напряжения Тц, на стенке природа последнего (например, в случае технической шероховатости поверхности) может и не быть связанной с вязкостью жидкости. [c.754] Первоисточники идей этого нового полуэмпирического направления заложены в фундаментальных исследованиях А. Н. Колмогорова по локальным законам турбулентности, А. А. Таунсенда, использовавшего уравнение турбулентной энергии при составлении уравнений для напряжения трения, и еще некоторых других авторов. Удовольствуемся цитированием источников, непосредственно относящихся к современному прогрессу этих методов. Упомянем прежде всего работу И. Ротта ), в которой, по-видимому впервые, была сделана попытка установления уравнений, включающих в себя осредненные структурные турбулентные характеристики. [c.755] Вернуться к основной статье