Ламинарное течение неустойчивость

Хорошо известно, что ламинарные течения неустойчивы при очень больших числах Рейнольдса, когда течение перерождается в турбулентное. Это означает, что, хотя поле ламинарного течения представляет собой решение полных уравнений движения, удовлетворяющих всем граничным условиям, оно не есть единственное решение, поскольку, разумеется, поле турбулентного течения тоже удовлетворяет как дифференциальному уравнению движения, так и граничным условиям. [c.260]

Это означает, что если для некоторого потока Re < 2300, то течение ламинарное если Re > 2300 — течение турбулентное. Опыт показывает, что при Re, близком к Re p, ламинарное течение неустойчиво и очень чувствительно к разного рода факторам (резкие переходы в трубе, шероховатость стенок, вибрации и др.). Устраняя эти факторы, т. е. создавая специальные условия, можно добиться, что ламинарное течение сохранится вплоть до значения = 10 000. Это явление получило название затягивания ламинарного режима. В настоящее время в связи с созданием длинных линий газо- и нефтепроводов вопрос затрагивания приобретает большое практическое значение так как силы внутреннего трения при ламинарном течении значительно меньше, чем при турбулентном, то при одном и том же расходе перекачка жидкости при ламинарном течении требует меньших перепадов давления и, следовательно, меньших затрат энергии. [c.293]

Особенно интересно, что значением критерия определяется режим течения области, в которых устойчивы ламинарные и, соответственно, турбулентные течения, разделены определенным значением критерия Re. которое называется критическим. Так, например, в круглой трубе постоянного сечения Re критическое равно 2320 (за определяющий размер принят диаметр трубы). Это значит, что в прямой трубе постоянного сечения независимо от ее диаметра и физических свойств жидкости при значениях Re < 2320 устойчиво ламинарное движение и всякое случайно возникшее возмущение потока затухает. Наоборот, при Re > 2320 ламинарное течение неустойчиво и под влиянием возмущений переходит в турбулентное. [c.338]

Критерий Рейнольдса, характеризуюш,ий соотношение между инерционными силами и силами трения и называемый иначе критерием кинематического подобия, является основной характеристикой, определяющей наиболее важные свойства течения жидкости, и в первую очередь режим течения. Уже указывалось (см. 14.1), что при Re 2300 ламинарное течение жидкости будет устойчивым и всякое случайно возникшее возмущение потока затухает. При 2300 < Re С 10 ООО ламинарное течение неустойчиво и под влиянием возмущений переходит в турбулентное. И, наконец, при Re 10 ООО режим течения жидкости приобретает устойчивый турбулентный характер. [c.240]

Ламинарное движение в пограничном слое, как и всякое другое ламинарное течение, при достаточно больших числах Рейнольдса становится в той или иной степени неустойчивым. Характер потерн устойчивости в пограничном слое аналогичен потере устойчивости при течении по трубе ( 28). [c.238]

Таким образом, с помощью метода малых возмущений можно получить значение критического числа Рейнольдса. Начиная с того места на пластине, где число Рейнольдса достигает своего критического значения, начинают нарастать возмущения с определенной длиной волны. Далее вниз по потоку становятся неустойчивыми возмущения и с другими длинами волн. Наконец, на некотором расстоянии от начала потери устойчивости ламинарное течение переходит в турбулентное. Критическое число Рейнольдса, определенное экспериментальным путем из наблюдения перехода ламинарного режима течения в турбулентный, соответствует тому месту пластины, где турбулентность потока приводит к перестройке всего течения. Поэтому найденные пз экспериментов критические числа Рейнольдса обычно превышают по величине их теоретические значения. [c.312]

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЛАМИНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ [c.359]

Особый интерес представляет неустойчивость ламинарного течения в пограничном слое и возникновение в кем турбулентности. Значимость этого вопроса определяется тем, что во многих случаях встречаются смешанные пограничные слои с участками ламинарного и турбулентного режимов. Для расчета таких слоев необходимо располагать не только методами расчета каждого из них, но и способами определения размеров переходной зоны или, по крайней мере, положения точки перехода. Рассмотрим в общих чертах переходные явления в пограничном слое на плоской пластине. [c.361]

Неустойчивость ламинарных течений [c.434]

В диапазоне чисел Re = 2300-г-4000 осуществляется переход от ламинарного течения к турбулентному. В потоке наблюдается неустойчивость, порождаемая периодическим возникновением очагов турбулентности и их исчезновением. [c.161]

Математическое описание явлений неустойчивости ламинарных течений и переходных процессов достаточно сложно некоторые [c.168]

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ЛАМИНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ [c.394]

Неустойчивость ламинарных течений 394 [c.458]

Далее рассмотрим, каким образом влияет на устойчивость поверхностное натяжение. Будем для простоты анализировать случай течения пленки по вертикальной поверхности gy = 0). Анализ выражения в квадратных скобках в соотношении (4.20) убеждает, что при учете сил поверхностного натяжения ламинарное течение вдоль вертикальной поверхности будет неустойчивым при любых числах Рейнольдса. Неустойчивость будет возникать при к<к (т.е. в длин- [c.167]

При увеличении скорости набегающего потока пограничный слой как бы сдувается и делается тоньше наоборот, при увеличении вязкости, характеризуемой коэффициентом ц, толщина слоя увеличивается. При малых значениях х в пограничном слое происходит ламинарное течение. Но поскольку при увеличении значения х толщина пограничного слоя увеличивается, движение в нем становится неустойчивым и переходит [c.155]

Наиболее разработанной считается линейная теория неустойчивости, которая предполагает, что наложенные на стационарное ламинарное течение возмущения параметров потока малы по сравнению с величинами осредненного потока. [c.175]

В случае р/ > О течение неустойчиво, в случае р, < О колебание затухает и ламинарное течение устойчиво. [c.176]

Напряжение Рейнольдса (ы, /) как дополнительное напряжение к силам давлений и вязкого напряжения оказывает дополнительное влияние на осредненное течение. Если напряжение передает энергию от основного течения к возмущению, то это может вызвать неустойчивость. В работе [41 ] показано, что наличие этого напряжения благоприятствует переходу энергии осредненного движения в энергию возмущенного течения. Обмен энергией между основным течением и наложенными возмущениями является одним из физических механизмов, который используется как в теории турбулентности, так и в теории устойчивости ламинарных течений. [c.177]

Положение нейтральной точки и точки перехода ламинарного течения в турбулентное определяется интенсивностью нарастания неустойчивых возмущений и степенью турбулентности внешнего течения. [c.179]

Вопросы устойчивости ламинарного течения пленки, таким образом, приобретают важное значение и для расчета теплообмена. При этом различают конвективную и абсолютную неустойчивость. При конвективной неустойчивости возмущение, раз возникнув, увеличивается со временем, однако при этом оно сносится вниз по потоку. Под абсолютной неустойчивостью понимают неустойчивость, характеризующуюся нарастанием возмущения во времени в данной точке потока. При наличии абсолютной неустойчивости строго ламинарное течение не может быть осуществлено. [c.57]

На фиг. 43 приведены значения критических чисел Рейнольдса для пограничного слоя, когда = 0. При Re Re p, i происходит нарушение ламинарности течения пограничного слоя и начинается его турбулизация. При Re Re , в пограничном слое устанавливается развитая турбулентность. Область чисел Re от Re p 1 до Re 3,2 является переходной и характеристики слоя в ней весьма неустойчивы. Следует отметить, что при значительных возмущениях на входе (например, кромка конечной толщины с прямым срезом) весь пограничный слой может быть турбулентным практически при любых числах Re. [c.163]

При числах Рейнольдса, превышающих 2 ООО, ламинарное течение становится неустойчивым к малым воз-муш,ениям и переходит в турбулентное. Ламинарная, или струйчатая, структура течения полностью исчезает, происходят образование и распад турбулентных вихрей, а скорость в любой точке потока изменяется во времени как по величине, так и по направлению. Для нас наиболее существенно то обстоятельство, что при этом перенос импульса, тепла и вещества поперек основного течения значительно интенсифицируется. [c.84]

Другая нестационарная задача связана с возникновением первой стадии турбулентности, о которой долгое время было известно лишь-то, что она может обратно переходить в неустойчивое ламинарное течение. Между тем описание и анализ этого явления методом малых колебаний наталкивались до настоящего времени на большие трудности. [c.12]

В ламинарных течениях частицы могут выступать как своеобразные дискретные турбулизаторы. Последнее проявляется в определенной дестабилизации, нарушении устойчивости ламинарного течения взвешенными частицами. Это приводит к раннему качественному изменению режима движения. При этом турбулентный режим наступает при числе Рейнольдса зачастую в несколько раз меньшем [Л. 40], чем Некр для чистого потока. Ю. А. Буевич и В. М. Сафрай, объясняя подобный дестабилизирующий эффект в основном межкомпонентным скольжением, т. е. наличием относительной скорости частиц, указывают на существование критического значения отношения полного потока дисперсионной среды к потоку диспергированного компонента, зависящего и от других характеристик, при превышении которого наступает неустойчивость течения. Подобная критическая величина может быть достигнута при весьма малых числах Рейнольдса. Отметим, что критерий проточности Кп (гл. 1) может также достичь высоких (включая и характерных) значений при низких Re за счет увеличения концентрации, соотношения плотностей компонентов и др. Согласно (Л. 40] нарушению устойчивости способствует увеличение размеров частиц и отношения плотностей компонентов системы. Отсюда важный вывод о возможности ранней турбулизации практически всех потоков газовзвеси и об отсутствии этого эффекта для гидро-взвесей с мелкими частицами или с рт/р 1 (равноплотные суспензии). [c.109]

В системе, достаточно быстро уходящей от пакета. В данном случае, однако, физический смысл этого различия устанавливается существованием выделенной системы отсчета, по отношению к которой и следует рассматривать неустойчивость — системы, в которой покоятся стенки трубы. Более того, поскольку реальные трубы имеют хотя и больщую, но конечную длину, возникающее где-либо возмущение может, в принципе, оказаться вынесенным из трубы раньше, чем оно приведет к истинному срыву ламинарного течения. [c.149]

Ламинарное течение, как показывает опыт, устойчиво только при некоторых условиях, определяемых значением критического числа Рейнольдса. При числах Рейнольдса, больших критического, ламинарное теченпе становится неустойчивым и переходит в турбулентное. Этот переход связан с возникновением в потоке незатухаюш их возмуш ений. Если образующиеся вследствие каких-либо внешних причин возмущения скорости и давления стечением времени затухают, то основное течение считается устойчивым, если же с течением времени они нарастают, то это свидетельствует о неустойчивости основного течения и возможном переходе ламинарного режима в турбулентный. Исходя из такого предположения о природе перехода, можно попытаться определить значение критического числа Рейнольдса с помощью теории устойчивости. [c.308]

Математическое описание неустойчивь Х ламинарных течений и переходных процессов является достаточно сложным некоторые дополнения к описанию качественной стороны этих явлений даны в гл. 9, но изложение количественных результатов выходит за рамки настоящего курса. [c.157]

Согласно общепринятой теории устойчивости, основанной на методе малых возмущений, предполагается, что ламинарное течение подвергается воздействию каких-то малых возмущений, вызванных, например, шероховатостью стенки или неравномерностью внешнего течения. Эта теория устанавливает, при каких условиях затухают или нарастают со временем эти возмущения. При этом затухание означает, что ламинарное течение устойчиво и, наоборот, нарастание соответствует неустойчивости, характеризуемой теоретическим значением критического числа Рейнольдса Reкp. В его определении и заключается основная задача теории устойчивости ламинарного пограничного слоя. Оценка этого числа позволяет сделать вывод о характере движения в таком слое. Если достигнутые числа Рейнольдса меньше критического, то появляющиеся возмущения затухают, а при более высоких нарастают. [c.94]

Вначале для простоты положим дополнительно, что поверхностное натяжение равно нулю (а = 0). Тогда из соотношения (4.20) получаем, что при стекании пленки по вертикальной поверхности (а = = л/2 gy = 0) ламинарное течение всегда (при любом числе Рейнольдса) неустойчиво. Действительно, в этом случае в квадратных скобках соотношения (4.20) остается лишь 18/5 > 0. На наклонной поверхности gy 0) в предположении, что по-прежнему а = О, из соотношени (4.20) получаем, что неустойчивость возникает, когда [c.167]

Таким образом, линейная теория не подтверждает того экспериментального наблюдения, что при стекании пленки по вертикальной поверхности существует некоторое критическое значение Ке , ,, выше которого ламинарное течение оказывается неустойчивым. Теория говорит о том, что при любом (малом) числе Re , ламинарное течение пленки неустойчиво. По-видимому, при малых числах R j j, перестройка к волновому режиму протекает достаточно медленно. Вследствие этого необходимы большие длины для обнаружения волнового течения. Косвенным подтверждением этого могут служить следующие экспериментальные результаты. Так, критические числа R jjjj, найденные в опытах [15], составляли примерно 20—25. Позже [c.168]

Перейдем к рассмотрению теплоотдачи при турбулентном движении жидкости в трубе. Развитый турбулентный режим течения в трубе осуществляется при Re lOOOO. В диапазоне 2300Re1 O в трубе наблюдается переходный режим течения — неустойчивый режим, характеризующийся сменой ламинарного и турбулентного потока. Такое состояние характеризуется так называемым коэффициентом перемежаемости, O io l, представляющим собой относительное время существования турбулентного потока величина 1—со приходится на долю ламинарного потока. Надежные рекомендации по расчету теплоотдачи при переходном режиме пока не разработаны. Поэтому возможны лишь оценки по минимальному и максимальному коэффициентам теплоотдачи для ламинарного и турбулентного режимов соответственно с учетом коэффициента перемежаемости. [c.386]

При устранении источников возмущений принципиально возможен переход от чисто ламинарного течения сразу к турбулентному, так как пленка конденсата не обладает абсолютной неустойчивостью. В случае конденсации в трубе переход к волновому режиму должен произойти при еще меньших значениях R b. Визуальные наблюдения процесса конденсации паров N2O4 в вертикальной трубе показали, что даже при малых тепловых нагрузках участок с гладкой поверхностью пленки практически отсутствует. [c.146]

Согласно [3-3, 3-25] лампнарно текущая пленка всегда обладает конвективной неустойчивостью относительно возмущений с длиной волны, намного большей толип-шы пленки. Наличие конвективной неустойчивости не означает невозможности осуществления ламинарного течения. При малых числах Рейнольдса возникающие в пленке возмущения сносятся вниз по течению и не приводят к образованию какого-либо устойчивого рел има. Если же число Рейнольдса пленки больше некоторого предельного ResonH, то образуется устойчивый волновой режим. При ReВОЛН такой режим невозможен. [c.57]

Турбулентный П. с. По мере увеличения расстояния вдоль поверхности тела местное число Рейнольдса возрастает и начинает проявляться неустойчивость ламинарного течения по отношению к малым возмущениям. Такими возмущениями могут служить пульсации скорости во внеш. набегающем потоке, шероховатость поверхности и др. факторы. В результате ламинарная форма течения переходит в турбулентную, при этом на главное осреднённое движение жидкости или газа в продольном направлении накладываются хаотич., пульсац. движения отд. жидких конгломератов в поперечном направлении. В результате происходит интенсивное перемешивание жидкости, вследствие чего интенсивность переноса в поперечном направлении кол-ва движения, теплоты и массы резко увеличиваются. Потеря устойчивости и переход к турбулентному режиму течения внутри П. с. происходят при нек-ром характерном числе Рейнольдса, к-рое наз. критическим. Величина Яскр зависит от мн. факторов — степени турбулентности набегающего потока, шероховатости поверхности Маха числа М внеш. потока, относит, темн-ры поверхности, вдува или отсоса вещества через поверхность тела и др. Поскольку переход ламинарного режима течения в турбулентный связан с потерей устойчивости, то сам этот процесс не является достаточно стабильным, вследствие чего имеет место перемежаемость режима течения в пределах нек-рой области, к-руго называют областью перехода. [c.663]

Ещё более сложные и разнообразные процессы обнаруживаются при переходе от ламинарного течения к турбулентному в пограничных слоях вблизи твёрдых поверхностей. В простейшем случае пограничного слоя на плоской пластине его толщина 5 v.v/ o и локальное число Рейнольдса Re-buo/v растут с расстоянием. y вдоль потока. Линейный анализ устойчивости показывает, что достаточно слабые возмущения, распространяясь вдоль потока, должны неизбежно затухать. Поэтому, как и в случае течения Пуазёйля с докритич. неустойчивостью, на характер перехода влияет уровень возмущений в набегающем потоке, запускающих нелинейные механизмы, а в переходной области также наблюдаются турбулентные пятна, хотя и с несколько отличающимися параметрами. При заданий регулярных нач. двумерных возмущений (капр., с помощью вибрирующей ленты) с ростом Re (т. е. [c.179]

Важной характеристикой степени упорядоченности является а = 5—производство энтропии. Сопоставление значений производства энтропии двух видов движения стационарного (осреднённого) турбулентного течения и неустойчивого при числах Рейнольдса, больших критич. значения (Re>Re,p) ламинарного течения, показывает, что при дополнит. условии постоянства напряжения на стенках канала производство энтропии при турбулентном (устойчивом при Re>Re p) течении меньше производства энтропии при ламинарном (неустойчивом при Re>Re,(p) течении, т. е. [c.230]

Со временем явно наметились две различные школы. Первая школа утверждала, что ламинарный поток является неустойчивым в классическом понимании, согласно которому даже бесконечно малые возмущения способны вызвать переход к турбулентному потоку. Тот факт, что переход никогда не наблюдался при ожидаемом числе Рейнольдса, объяснялся этой школой некоторым несовершенством теории. Возмущения, описываемые теорией малых колебаний Орра—Зоммерфельда— Толлмина (позднее распространенной на случай теплообмена), не связывались с вопросами перехода, а поэтому данная школа не могла установить какой-либо определенной,зависимости. Более того, утверждалось, что вообще невозможно установить какие-либо соотношения в этой задаче. Вторая школа считала, что переход вызывается только конечными возмущениями. Например, удалось экспериментально установить, что при особых условиях ламинарное течение может существовать и при высоких числах Рейнольдса. Указанный факт находится в явном противоречии с любым допущением о неустойчивости в обычном ее понимании. Автор считает, что этот спор может быть разрешен приводимыми ниже данными. Поток существенно устойчив относительно двух- и трехмерных возмущений лишь при условии, что трехмерные возмущения имеют место при значении числа Рейнольдса ниже критического, но отнесенного не к основному потоку, а к самим возмущениям. Согласно настоящей теории двухмерные возмущения в идеальном случае затухают. [c.57]

В 1943 г., т. е. 3 годами раньше, чем была разработана теория неустойчивости ламинарного пограничного слоя на вогнутой стенке, X. В. Липману [7 и 8] удалось экспериментально подтвердить в пределах точности измерений, что в переходной ламинарно-турбулентной области остается постоянной ритическая величина характеристического параметра (1). Значение параметра (1), при котором имеет место переход ламинарного течения в турбулентное, значительно превышает теоретическое критическое значение. При значениях параметра (1), больших критического, будут появляться отдельные вихри, однако возмущающее течение продолжает оставаться еще вполне организованным ламинарным потоком. Экспериментальные результаты можно обобщить [4], если считать, что переход ламинарного течения в турбулентное наступает на вогнутой стенке тогда, когда [c.258]

Обычно различают конвективную (сносовую) и абсолютную неустойчивость пленки. При сносовой неустойчивости возмущение, приложенное к некоторой точке пленки с заданой частотой, будет увеличиваться по потоку. В этом случае возмущение увеличивается со временем, однако вместе с тем оно сносится по течению. Если же возмущение возрастает в данной точке со временем, то ламинарное течение пленки не может существовать — оно обладает абсолютной неустойчивостью. В качестве критерия устойчивости в работе [Л. 15] предлагается следующее отношение [c.287]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...