Турбулентности масштаб внешний

В перечисленных течениях наличие крупномасштабной турбулентности суш,ественно осложняет описание таких течений. Настояш,ая работа преследует две цели. Прежде всего - выяснить возможности их описания с помош,ью современных дифференциальных моделей турбулентности. Заранее ясно, что простые однопараметрические модели не могут дать хороших результатов, поскольку в них отсутствует возможность учета влияния масштаба турбулентности во внешнем потоке. Потенциально такая возможность открывается при использовании двухпараметрических моделей турбулентности, например известной /с- -модели. Однако, как будет показано, и они не позволяют правильно предсказывать роль крупных масштабов. Поэтому вторая и основная цель статьи - предложить способы модернизации указанных моделей с целью описания этого влияния. [c.456]

Полностью преодолеть эту трудность до сих пор еще не удалось. Тем не менее в теории турбулентности получено много важных и практически ценных результатов на двух обходных направлениях, одно из которых посвящено описанию крупномасштабных компонент турбулентности (масштабы которых сравнимы с масштабами течения в целом), а другое — описанию мелкомасштабных компонент. Основное различие в их поведении заключается в том, что крупномасштабные характеристики турбулентности существенно зависят от геометрии границ течения и характера внешних воздействий и поэтому оказываются весьма различными у разных течений, тогда как характер мелкомасштабных характеристик оказывается в значительной мере универсальным. [c.14]

Поскольку уравнения Фридмана — Келлера оказываются всегда незамкнутыми, естественно возникает проблема замыкания уравнений для моментов. Этой проблеме посвящалась и посвящается значительная часть теоретических работ по динамике турбулентных течений, и хотя полностью преодолеть встречающиеся здесь трудности пока так и не удалось, некоторые из предложенных приближенных методов замыкания все же оказались весьма полезными (см., в частности, 3, посвященный теории изотропной турбулентности). Однако наиболее важные, и практически ценные результаты в теории турбулентности были получены на двух обходных направлениях, одно из которых связано с описанием крупномасштабных компонент турбулентности (масштабы которых сравнимы с характерным масштабом течения в целом) при помощи так называемых полуэмпирических методов, а второе — с описанием мелкомасштабных компонент (с масштабами, много меньшими масштаба течения в целом) на основе применения некоторых естественных гипотез подобия. Основное различие в поведении этих двух типов компонент турбулентности состоит в том, что крупномасштабные возмущения существенно зависят от геометрии потока и характера внешних воздействий, в то время как режим мелкомасштабных возмущений оказывается в значительной степени имеющим универсальный характер. Подробному разбору развития двух указанных направлений в теории турбулентности будут посвящены 2 и 4 настоящего обзора. [c.466]

Более тщательные наблюдения позволяют обнаружить, что при турбулентном течении скорость и давление в фиксированной точке пространства не остаются постоянными во времени, а очень часто и очень неравномерно изменяются (см. рис. 16.17). Такие изменения скорости и давления, называемые пульсациями, являются наиболее характерным признаком турбулентности. Элементы жидкости, перемещающиеся как целое вдоль и поперек основного течения, представляют собой не отдельные молекулы (как в кинетической теории газов), а макроскопические, более или менее крупные образования (турбулентные массы ). Хотя при течении, например, в канале пульсации скорости составляют всего несколько процентов от средней скорости течения, тем не менее они имеют исключительное значение для развития всего течения. Пульсационное движение можно представить себе как следствие собственного движения турбулентных образований, налагающегося на осредненное движение. На трех последних снимках, изображенных яа рис. 18.1, такие образования хорошо заметны. В процессе турбулентного течения они все время то возникают, то распадаются. Их величина дает представление о масштабе турбулентности, т. е. о пространственном протяжении элементов турбулентности. Масштаб турбулентности определяется внешними условиями течения, например размером отверстий в выравнивающей решетке, через которую пропускается, жидкость. О некоторых количественных измерениях пульсационных скоростей будет сказано в 4 настоящей главы. [c.502]

Простой переход от внутреннего масштаба турбулентности к внешнему или промежуточным невозможен, так как по мере увеличения масштаба турбулентности уменьшается зависимость его от вязкости. В силу этого при оценке промежуточных масштабов турбулентности следует исключать из рассмотрения коэффициент кинематической вязкости, а вместо него учитывать характерный размер 4 Для -го порядка промежуточного масштаба пульсации. Одновременно следует учитывать, что под удельной энергией здесь понимается энергия, передаваемая от поля пульсации рассматриваемого порядка к полю пульсации с порядком на единицу выше. Тогда, пользуясь размерностями удельной энергии ей и характерного размера 4, можно составить только одну зависимость для скорости [c.105]

Согласно теории Колмогорова, турбулентные вихри можно характеризовать двумя масштабами внешним масштабом турбулентности 0 и внутренним масштабом (называемым также микромасштабом) турбулентности /о. Поэтому мы разобьем всю область изменения масштабов турбулентных вихрей на три интервала [c.88]

В качестве примера рассмотрим частотный спектр флуктуаций СВЧ-сигнала космического корабля, распространяющегося через околосолнечную турбулентную плазму. Внешний масштаб турбулентности околосолнечной плазмы оценивается по меньшей [c.183]

Можно сказать, что большинство теоретических работ по динамике турбулентных течений посвящалось (и посвящается) способам преодоления трудностей, связанных с проблемой замыкания. Полностью преодолеть эти трудности до сих пор еще не удалось. Тем не менее, в теории турбулентности получено много важных и практически ценных результатов на двух обходных направлениях, одно из которых посвящено описанию крупномасштабных компонент турбулентности (масштабы которых сравнимы с масштабами течения в целом), а другое — описанию мелкомасштабных компонент. Основное различие в поведении этих двух типов компонент заключается в том, что крупномасштабные характеристики турбулентности существенно зависят от геометрии границ потока и характера внешних воздействий и поэтому оказываются весьма различными для разных типов течений, тогда как мелкомасштабные характеристики оказываются имеющими в значительной мере универсальный хар актер. [c.18]

Турбулентность внешнего потока характеризуется интенсивностью и масштабом турбулентности. Интенсивность турбулентности определяется как отношение среднеквадратичной пульса-ционной составляющей скорости к скорости осредненного движения. Под масштабом турбулентности мы будем понимать размер пульсирующего образования — моль. В турбулентном потоке существует целый спектр масштабов турбулентности от минимального до максимального, определяемого размером и условиями течения среды. Актуальность задачи расчета теплообмена при ламинарном пограничном слое, существующем в условиях внешнего турбулентного потока, определила появление большого количества исследований этого явления. При этом в большинстве случаев анализ результатов исследования проводился на основании только параметров турбулентности невозмущенного внешнего потока, т. е. параметров турбулентности, которые существуют в потоке вдали от тела. Следует отметить противоречивость полученных в этом случае результатов исследования. [c.393]

Такие масштабы переходных процессов в различных областях течения обусловлены тем, что в окрестности стреловидной передней кромки, ускоряющей переход, при е = 36° ламинарный пограничный слой существует лишь в узкой полосе с шириной, не превышающей 3-4 мм. Согласно экспериментальным данным настоящей работы и исследованиям других авторов [10] ее ширина уменьшается при увеличении угла стреловидности передней кромки. Переход в пограничном слое внутреннего течения области отрыва осуществляется в соответствии с параметрами внутреннего течения и длинами линий тока, измеряемыми от линии присоединения (растекания) [4, 5], Переходные процессы внутри области отрыва могут быть обусловлены также переносом турбулентности из внешних областей течения в окрестности передней кромки, подтверждение чему некоторые приводимые ниже экспериментальные факты. [c.75]

Для самых крупных турбулентных пульсаций скорости и имеют порядок величины скорости основного течения жидкости ауо, а масштаб этих пульсаций (его называют также внешним масштабом турбулентности) — такой же, как и геометрические размеры потока Ь поэтому из выражения для е следует, что [c.394]

Во внешней турбулентной области степень турбулентности существенно снижается, коэффициенты переноса становятся постоянными, а профиль скоростей отличен от логарифмического. На рис. ХП1.3 показано изменение безразмерной скорости внутри слоя в зависимости от безразмерной координаты Re, представленной в логарифмическом масштабе. Результаты многочисленных экспериментов, обозначенные кружками, хорошо совпадают вблизи стенки с линейным профилем (ХП1.1), с удалением от стенки с логарифмическим профилем (ХП1.2), а при подходе к внешней границе слоя экспериментальные точки существенно отличаются от логарифмического профиля. [c.329]

Для теплоотдачи на участке турбулентного пограничного слоя, привлекая распределение скоростей внешнего потока и величину бт. (х=0) как масштаб, нетрудно получить следующее уравнение [c.236]

Коэффициент В принят равным 0,032. Это привело к согласованию с некоторыми экспериментальными данными [12]. Надо, однако, заметить, что в других опытах значение g было близко к единице [14]. В литературе также отмечается, что е может быть и больше единицы, что совершенно не вяжется с указанной схемой. Кроме того, следует иметь в виду, что схема Прандтля является идеализированной и построена по аналогии с молекулярной теорией, где на длине свободного пробега никакого внешнего воздействия молекула не испытывает. Длина перемешивания , полученная путем сравнения опытного распределения скорости с теоретическим, содержит в себе особенности процесса, которые не укладываются в модель Прандтля. В работе [4] рассматривается пространственная модель, которую можно считать обобщением модели Прандтля. Пусть из окрестности каждой точки М потока, рассматриваемой в системе координат, движущейся со скоростью осредненного потока в точке М, вылетают во всех направлениях с одинаковой вероятностью порции жидкости ( моля ). Характерный размер .моля d и средняя длина его пробега Л приближенно описываются соотношениями d = L и % = aL (р и а — постоянные безразмерные коэффициенты, L — масштаб турбулентности) и определяются полем скорости осредненного движения и положением рассматриваемой области потока относительно стенок канала. Модуль характерной скорости движения моля, вылетающего из окрестности [c.92]

Здесь G = 0.5(52-hlK ) / , г/ — параметр, связанный с величиной vt, (см. (4.4)), параметр N определяется градиентом турбулентной вязкости (4.5), Le Ue — соответственно масштаб турбулентности и среднеквадратичный уровень пульсаций скорости во внешнем потоке. Если последние два параметра неизвестны, они исключаются из соотношения (4.1). [c.585]

График на рис. 204 выражает связь между безразмерной величиной абсциссы точки перехода ламинарного слоя в турбулентный на поверхности эллиптического цилиндра и параметром Тэйлора ), представляющим произведение интенсивности турбулентности на корень пятой степени из отношения характерного размера тела О к масштабу турбулентности Ь. Из этого графика видно, что при малых значениях параметра Тэйлора внешние возмущения слабо влияют на размер ламинарного участка слоя здесь все определяется внутренней устойчивостью движения в слое. При сравнительно больших значениях параметра это влияние резко усиливается — длина ламинарного участка быстро сокращается. [c.534]

В настоящее время уже не подлежит сомнению факт образования в турбулентных потоках отдельных жидких объемов, размеры которых сравнимы с внешним масштабом потока (радиус трубы, толщина пограничного слоя и т. п. ). Эти объемы имеют самостоятельность как в своем движении по отношению к общему осредненному потоку, так и по внутренней своей структуре ). Их принято называть крупными вихрями, хотя следует отметить, что термин вихрь в этом случае необходимо понимать не в его обычном смысле, а скорее как жидкий ком вихревого происхождения. Масштаб этих крупных вихрей, совпадающий с внешним масштабом потока в целом, называют большим масштабом турбулентности. [c.626]

Величина Г , представляемая в виде (9.1), была введена в цитированной выше работе А. Н. Колмогорова в качестве масштаба поля пульсаций наибольшего порядка , постепенно затухающих благодаря вязкости, и названа впоследствии внутренним масштабом турбулентности. Характерный масштаб полей пульсаций первого порядка назван внешним масштабом турбулентности. Знание величины внутреннего масштаба турбулентности полезно и практически в том отношении, что для измерения истинного градиента скорости в турбулентном потоке необходимо измеряющие приборы устанавливать на расстоянии, меньшем, чем Т . По имеющимся данным величина этого масштаба для турбулентности в атмосфере равна примерно одному сантиметру, а в условиях аэродинамических труб имеет порядок долей миллиметра. [c.502]

Рассуждения, проведённые выше при определении внутреннего масштаба турбулентности, не могут быть непосредственно перенесены на определение внешнего, и промежуточных масштабов турбулентности на том основании, что по мере понижения порядка пульсации , т. е. по мере повышения масштаба турбулентности, должна уменьшаться зависимость его от вязкости жидкости. Таким образом, при оценке промежуточных масштабов турбулентности мы должны коэффициент вязкости из рассмотрения исключить и сохранить лишь удельную энергию г , под которой теперь следует понимать не энергию, рассеиваемую в теплоту, а энергию, передаваемую от поля пульсаций данного порядка к полю пульсаций порядка на единицу выше. Рассматривая удельную энергию е,, и сам линейный масштаб /д. поля пульсаций порядка к с точки зрения размерностей, мы видим, что из них можно составить только одну комбинацию, имеющую размерность скорости, в виде [c.502]

Масштаб турбулентности внешний 502 [c.516]

Возникает сложная проблема определения реализующегося в действительности горизонтального масштаба периодических движений, а также их структуры. Эта проблема (упорядоченные структуры, возникающие в результате неустойчивости основного состояния) не составляет специфики только конвекции в горизонтальном слое, подогреваемом снизу. Аналогичная задача отбора надкритических движений возникает при исследовании других ситуаций, среди которых назовем устойчивость плоскопараллельных потоков и кругового течения Куэтта между вращающимися цилиндрами устойчивость поверхности раздела, в частности, поляризующихся жидкостей во внешних полях устойчивость фронта пламени различные виды поверхностной турбулентности и т. д. [c.146]

Заметим, что вследствие ограничений, имеющихся в формуле (8.5.34), это выражение для Оз г) строго применимо только при Аг < 0, где о — внешний масштаб турбулентности. Таким образом, следует считать, что это выражение применимо только в случае путей г, меньших внешнего масштаба. Но оказывается, что, если расстояние г между путями намного меньше 0 (как обычно почти всегда и бывает, поскольку максимальное расстояние, представляющее для нас интерес, равно диаметру принимающей оптики), подынтегральное выражение равно нулю при больших Аг и точная форма структурной функции при г > 0 становится несущественной. В частности, при больших Аг множитель в квадратных скобках в подынтегральном выражении в формуле (8.5.35) ведет себя следующим образом [c.387]

В заключение отметим, что развитый метод полуэмпирического моделирования коэффициентов турбулентного обмена может быть использован при создании прогностической гидродинамической модели верхней атмосферы Земли в областях, мало изученных экспериментально, но сильно влияющих на структуру и тепловой режим всего околоземного космического пространства. Вместе с тем, необходимость учета, в общем трехмерном случае, анизотропии коэффициентов турбулентного обмена, а также отсутствие универсальных и точных дифференциальных уравнений для определения внешнего масштаба турбулентности требует разработки дополнительных подходов. [c.272]

На величину критического числа Рейнольдса влияет также интенсивность турбулентности е внешнего потока, определяемая отношением среднего квадратичного значения пульсации скорости к средней скорости. Согласно имеющимся экспериментальным данным, при малых значениях е (е<0,1%) Ккр не зависит от интенсивности турбулентностп внешнего потока, и основной причиной возникновения перехода является потеря устойчивости. При 6 >0,1 % возрастание интенсивности турбулентностп внешнего потока приводит к значительному сокращению ламинарного участка течения (например, при е = 1 % протяженность ламинарного участка на плоской пластине почти в 4 раза меньше, чем при е = 0,1%). Еще более сложным образом на переход влияют масштаб турбулентности и шероховатость обтекаемой поверхности. [c.314]

На переход влияют такие характеристики внешнего потока, как степень (интенсивность) турбулентности, масштаб турбулентности, частота пульсаций. При ускорении потока др1дх<0, конфузорное течение) переход затягивается, при замедлении (др/дх>0, диффузорное течение) — наступает при меньших значениях л (или Re ). [c.190]

Недостаток метода, которым выведен данный результат, в том, что мы пренебрегаем турбулентностью масштаба, превышающего внешний масштаб Ьо. Спектр турбулентности максимален при малых волновых числах (большие масштабы), но, приняв, что флуктуации показателя преломления, создаваемые всеми слоями, некоррелированы, мы пренебрегли наличием этих крупномасштабных неоднородностей. Тем не менее полученный нами результат точно согласуется с полученным при более прямом анализе, упомянутом выше. Дело в том, что та конкретная величина, которую мы вычисляем (т. е. волновая структурная функция), нечувствительна к крупномасштабным турбулентным структурам. Такие структуры не дают ни значительных изменений амплитуды, ни значительных изменений [c.402]

Взаимнооднозначное отображение 33 Взаимоисключающие события 19 Вндность нитерференционных полос 160, 177 Вихри турбулентные 367 Внешний масштаб турбулентности 367 [c.512]

Одним из наиболее важных с практической точки зрения случаев распространения когерентного света через случайно-неоднородную среду является его распространение через турбулентную атмосферу. Для корректного описания этого процесса гауссова модель часто оказывается слишком грубой. В основе представлений об атмосферной турбулентности лежит теория Колмогорова. Согласно этой теории турбулентные вихри, обусловливаюш ие возниковение неоднородностей, можно характеризовать двумя масштабами внешним масштабом турбулентности и внутренним [c.107]

К числу мепее изученных факторов следует отнести влияние масштаба турбулентности набегающего потока на положение точки перехода. Примером этого влияния могут служить приведенные на рис. 220 результаты опытов ) над пограничным слоем на эллиптическом цилиндре, расположенном под нулевым углом атаки в воздушном потоке, турбулизированном решетками, ноставле1И1Ымн впереди цилиндра на некотором от него расстоянии (размеры ячеек решетки приводятся па рисунке). Вихри, созданные стержнями решетки, перемещаясь вниз по потоку, разрушаются, образуя размытые области возмущенного движения, средние размеры которых представляют масштаб турбулентности. Масштаб турбулентности Ь поддается измерению, а отнощение его к линейному размеру обтекаемого тела, в данном случае меньшему диаметру эллипса О, наряду с интенсивностью турбулентности е служит характеристикой турбулентности набегающего потока. График на рис. 220 выражает связь между безразмерной величиной абсциссы точки перехода ламинарного слоя в турбулентный на поверхности эллиптического цилиндра и параметром Тэйлора ), представляющим произведение интенсивности турбулентности на корень пятой степени из отношения характерного размера тела О к масштабу турбулентности L. Из этого графика видно, что при малых значениях параметра Тэйлора внешние возмущения слабо влияют на размер ламинарного участка слоя здесь все определяется внутренней устойчивостью движения в слое. При сравнительно [c.676]

На местную теплоотдачу влияют степень турбулентности, ее масштаб, число Рейнольдса п шероховатость поверхности. Влияние турбулентности в случае сверхкритического и докритического о.мываний, по дашплм [1], показано на рис. 1.2. Из этих данных в(.fтeкa т, что турбулентность набегающего потока существенно влияет на местную теп. юотдачу в невихревой области (130° > ср 0). При увеличении турбулентности до 15 % теплообмен возрастает в 1.7 раза. В кормовой части, где уровень турбулентности высок, внешняя турбулентность оказывает слабое влияние. [c.5]

В конце п. 5.9 части 1 мы уже подчеркивали, что перемежающаяся турбулентность наблюдается очень часто и играет важную роль в процессе перехода ламинарных течений в турбулентные, во внешних областях турбулентного пограничного слоя и во всевозможных свободных турбулентных течениях. Теперь мы видим, что перемежаемость распространена значительно шире, чем это указывалось в части 1, и играет еще более важную роль. Приведенные выше данные делают правдоподобным представление, согласно которому мелкомасштабная турбулентность почти всегда или даже всегда является перемежающейся (в частности, опыты Сэндборна показали, что в турбулентном пограничном слое мелкомасштабная турбулентность оказывается перемежающейся, начиная практически от самой стенки, в то время как полное поле скорости имеет такой характер лишь на значительных расстояниях от нее). Есть основания предполагать также, что с ростом числа Рейнольдса интервал масштабов (или волновых чисел), для которых имеет место заметная перемежаемость, все более и более расширяется. С этим предположением, в частности, хорошо согласуется то обстоятельство, что в природных турбулентных течениях, характеризуемых особенно большими Не, а именно в свободной атмосфере и в океане, многими авторами отмечалось наличие чередующихся областей интенсивной турбулентности и областей относительного покоя, т. е. перемежаемость даже и возмущений, содержащих основную долю энергии турбулентности (см., например, Кречмер, Обухов и Пинус (1952) или Грант, Стюарт и Моильет (1962)). [c.529]

В условиях повышенной интенсивности турбулентности наряду с нестационарнос-тью параметров набегающего потока актуальное значение приобретает учет влияния масштаба турбулентности Ь на ламинарно-турбулентный переход [3, 4]. Уровень интенсивности турбулентности имеет определяющее воздействие на теплопередачу лопаток во всех областях течения, что связано с пространственной переменностью и неста-ционарностью характеристик турбулентности вдоль внешней фаницы пограничного слоя [2, 5]. Отмечается также влияние на режимы и структуру потока в пограничных слоях начальных профилей скорости и температуры [6]. [c.82]

Рассмотрим подробнее характер накладывающегося на усредненный поток нерегулярного, пульсационного, движения. Это двил<ение можно в свою очередь качественно рассматривать как результат наложения движений (турбулентных пульсаций) различных, как мы будем говорить, масштабов (под масштабом движения подразумевается порядок величины тех расстояний, на протяжении которых существенно меняется Kopo ib движения). По мере возрастания числа Рейнольдса появляются сначала крупномасштабные пульсации чем меньше масштаб движения, те. 1 позже такие пульсации появляются. При очень больших числах Рейнольдса в турбулентном потоке присутствуют пульсации с масштабами от самых больших до очень малых. Основную же роль в турбулентном потоке играют крупномасштабные пульсации, масштаб которых — порядка величины характеристических длин, определяющих размеры области, в которой происходит турбулентное движение в дальнейшем будем обозначать порядок величины этого основного (или внешнего) масштаба турбулентного движения посредством /. Эти крупномасштабные движения обладают наибольшими амплитудами. Их скорость по порядку величины сравнима с изменениями Ли средней скорости на протяжении расстояний I (мы говорим здесь о порядке величины не самой скорости, а ее изменения, поскольку именно оно характеризует скорость турбулентного движения абсолютная же величина средней скорости может быть произвольной в зависимости от того, в какой системе отсчета рассматривается движение) ). Что же касается частот этих крупномасштабных пульсаций, то они — порядка отношения и/1 средней скорости и (а не ее изменения А ) к размерам /. Действительно, частота определяет период повторяемости картины движения, наблюдаемой из некоторой неподвижной системы отсчёта. Но относительно такой системы вся эта картина движется вместе со всей исид-костью со скоростью порядка и. [c.185]

Нетрудно показать, что в локально однородном поле турбулентной атмосферы, для которого структурная функция пространственной флуктуации диэлектрической проницаемости подчиняется закону двух третей Колмогорова — Обухова [32], радиус корреляции показателя преломления равен pi nx) = = 0,35 La, где Lo — внешний масштаб т)фбулентности. Следовательно, в пределах Lo значения п целесообразно контролировать не менее чем в трех точках или на отрезках, равных 0,35 Lo. Такое значение рл(/гх) получается при использовании известной связи между диэлектрической проницаемостью воздуха и его показателем преломления (см. п. 27). Практика оценки показателя преломления при интерференционных измерениях длин соответствует данному соотношению. [c.108]

Максвелла уравнения 371 Малых возмущений метод 372 Манделя формула 441 Масштаб турбулентности внешний [c.515]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...