ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Альб ринг—Критерии подобия для турбулентной и переходной области возмущенного потока из "Проблема пограничного слоя и вопросы теплопередачи " Краткое содержание. Гидродинамический микроскоп позволяет наблюдать движение мельчайших частиц в потоке жидкости, пересекающих интенсивный пучок света, а это в свою очередь дает возможность измерять среднюю скорость жидкости, максимальные величины трех составляющих турбулентной скорости и их максимальное угловое отклонение от среднего направления потока жидкости. Следовательно, этот микроскоп может быть использован для изучения турбулентного потока, особенно вблизи твердой стенки. В статье приведены результаты некоторых исследований, проведенных по этой методике и касающихся главным образом вопросов пограничного слоя. Они включали в себя 1) исследование развитого турбулентного потока в гладком и шероховатом квадратных каналах и в гладкой круглой трубе 2) переход от ламинарного потока к турбулентному в пограничном слое длинного удо-бообтекаемого тела вращения и 3) статическое давление в развитом турбулентном потоке. [c.119] При визуальном исследовании потока жидкости необходимо исключать помехи в потоке, возникающие, например, при введении в поток элементов измерительной аппаратуры или частиц инородного вещества. Это условие было выполнено при исследовании развитого турбулентного потока в канале, проведенном автором и доктором Тоунендом около 20 лет назад [1]. [c.119] Для вполне развитого турбулентного потока длины волн волнообразных траекторий частиц, исключая область вблизи стенки, в значительной мере сравнимы с диаметром поля зрения. Поэтому были заметны яркие прямолинейные полоски, отклоняющиеся на различные з лы от среднего направления потока, однако вследствие инерции зрительного восприятия казалось, что они пересекают друг друга. Отклонение светящейся полосы от прямолинейного пути замерялось с помощью тонкой платиновой проволоки, установленной в фокальной плоскости окуляра. Ее поворот вокруг оси микроскопа, осуществляемый с помощью верньера, передавался указателю угловой шкалы. [c.121] Зарисовки некоторых типичных картин, наблюдаемых через микроскоп, представлены на рис. 2 а—е). [c.121] Сначала предполагалось, что эти частицы движутся прямолинейно, однако впоследствии было замечено, что их движение происходит резкими толчками и что иногда они почти останавливаются. При наблюдении движения частиц через окуляр, снабженный волосяной нитью, было видно, что все подобные частицы пересекали при своем движении нить несколько раз. [c.123] Создавалось впечатление, что среди рассматриваемых частиц нет таких, о которых с уверенностью можно было бы сказать, что их движение прямолинейно. В то же время более быстрые частицы могли рассматриваться как очень 1медленные. Иногда оказывалось, что группа таких более быстрых частиц претерпевала неожиданно большие боковые отклонения, и тогда замечалось, что медленно движущиеся частицы также стремятся, правда незначительно, изменить свое направление. Далее, наблюдалось, что две или больше медленных частиц, часто далеко расположенных друг от друга, одновременно меняли направление. Это явление можно объяснить тем, что вынужденное ускоренное движение основного потока увлекает за собой поверхностный слой. Дальнейшее доказательство, что турбулентный поток жидкости вблизи поверхности связан с перемещением относительно больших масс, было получено в опытах с вращающимся объективом, который описывается ниже. [c.123] Метод измерения средней скорости V и максимальной скорости флуктуации 1 основан на том, что в поле зрения частица наблюдается или в виде постоянной яркой точки при рассмотрении ее через прибор, движущийся с той же самой скоростью, что и частицы, или в виде полоски, если относительная скорость не равна нулю. Для создания относительного движения нет необходимости вращать весь микроскоп, достаточно приводить в движение объектив при неподвижной трубе окуляра. Схема микроскопа с вращающимся объективом, который был использован для измерения скорости в квадратном канале, представлена на рис. 5 в работе [1]. В данной статье эта схема не приводится, поскольку принцип работы микроскопа ясен из рис. 9 и 10. Объектив устанавливался на горизонтальном диске, ось вращения которого была параллельна оси трубы и несколько смещена. Один раз за полный оборот оптические оси объектива и окуляра совпадали, причем регулировка осуществлялась таким образом, что в момент совпадения осей объектив двигался в направлении потока. В результате подбора скорости вращения объектива и фактора калибровки, величина которого зависит от оптической системы, частицы, обладавшие относительной скоростью, доводились до видимого покоя. Поле потока наблюдалось только за малую долю каждого полного оборота, однако установка на вращающемся диске нескольких идентичных объективов сокращала интервал времени между последовательными наблюдениями. На рис. 9 и 10 видны три таких объектива, но аппарат, который использовался в настоящих исследованиях, был снабжен только одним объективом. [c.123] Изучение с помощью гидродинамического микроскопа турбулентного потока воды в шероховатом квадратном канале описано в работе [8]. Шероховатость трубы была достигнута V-образной насечкой пирамид высотой 0,953 мм под углом 45° к оси трубы. Внешняя сторона канала 2s равнялась 24,16 мм. Наблюдение велось на расстоянии 107s от входа в канал. Сопротивление канала было пропорционально квадрату скорости потока. [c.126] Величины UijU, vJU и Wi/U, измеренные на оси 0Y, приведены на рис. 8, В данном случае они значительно больше таковых для гладкого квадратного канала (см. рис. 4). Вблизи стенки канала поток был сильно возмущен и величины UilU, vJU и Wi/U оставались примерно одинаковыми. При фокусировании микроскопа на вершины пирамид можно было видеть извилистые траектории частиц, а наблюдение вдоль плоскости вершин обнаруживало, что частицы движутся между пирамидами. [c.126] Получить фотографии движения мелких частиц в потоке жидкости чрезвычайно трудно, даже когда они пересекают весьма интенсивный пучок света, и особенно трудно зарисовать точные детали потока, рассматриваемого под микроскопом при большом увеличении. Некоторые фотографии турбулентного потока в гладком квадратном канале даны в работе [9]. Они были получены на высокочувствительных пластинках с помощью фотографической камеры Leitz , но при более слабом увеличении, чем в случае визуального наблюдения. Получить фотографии потока в его деталях вблизи стенки трубы не представилось возможным, поскольку интенсивность света, падающего от освещенных частиц на фотопластинку, сильно ослаблялась высоким увеличением, небходимым для обнаружения этих деталей, и поскольку свет, рассеянный от поверхности при близком расположении от нее пучка света, приводил к появлению вуали на пластинке. [c.127] В этой же работе [9] приведены фотографии потока, обтекающего длинные цилиндры круглого и треугольного поперечных сечений при низких числах Рейнольдса. Фотографии потока воды в шероховатом квадратном канале имеются в работе [8]. [c.127] Поведение потока в пограничном слое обтекаемого тела в переходной области от ламинарного потока к турбулентному зависит от условий, сопутствующих этому переходу. Исследования условий перехода ламинарного слоя в турбулентный на длинных удобообтекаемых телах вращения проведены в работе [10]. Описание особенностей водяного туннеля, в котором они были осуществлены, а также сконструированного для этой цели гидродинамического микроскопа дано в работе [11]. [c.127] Измерения с помощью гидродинамического микроскопа максимальных значений составляющих турбулентной скорости ь и были использованы для изучения статического давления в развитом турбулентном потоке. [c.131] Эта работа (см. [14]) преследовала две цели во-первых, оценить влияние развитой турбулентности на показания манометров статического давления в трубе и, во-вторых, получить сведения по распределению статического давления в развитом турбулентном потоке в трубе и спут-ном течении за длинным цилиндрическим телом. [c.131] Была изучена зависимость между р н р где q = u + v + w , для развитого турбулентного спутного течения за длинным круглым цилиндром. [c.131] Краткое содержание. Исследуется существование подобных решений уравнения нестационарного ламинарного пограничного слоя. Эти решения найдены для четырех случаев, из которых известен в литературе только первый. Второй случай из-за его начальных условий едва ли будет иметь практическое значение и в данной статье подробно не рассматривается. Третий случай весьма прост и имеет такой же профиль скоростей пограничного слоя, как и в стационарном потоке при сильном отсосе. Четвертый — дает ряд профилей скоростей, зависящих от одного параметра. В статье этот случай рассматривается только с качественной стороны на основании решения, полученного с помощью известного приближенного метода. [c.132] Вернуться к основной статье