Турбулентное течение за шаром

Экспериментальные данные по гидродинамическому сопротивлению упаковок шаров в цилиндрических каналах из работы В. А. Сулина и др. [34] были обработаны по предложенной методике (см. рис. 3.4) для коридорной (Л = 1,1- 1,76), винтовой (jV= 1,89- 1,96) и кольцевой (iV = 2,044-2,8) упаковок. Для винтовой и кольцевой упаковок результаты обработки удовлетворительно согласуются с расчетами по зависимости (3.21). Для искусственно создаваемой коридорной упаковки,, характеризуемой свободным течением части газа по стенкам канала и, следовательно, меньшей турбулентностью, можна рекомендовать зависимость [c.66]

Движение шара в узких каналах было изучено В. А. Успенским, который предложил эмпирическую зависимость для турбулентной области [Л. 290]. В (Л. 260, 261] приведены экспериментально установленные формулы для всех областей, согласно которым, например, для ламинарного и турбулентного режимов течения соответственно поправка Е = Ео определяется как [c.57]

Наиболее существенное изменение поля скоростей турбулентного потока (а также соответственно коэффициента сопротивления) с изменением режима течения, т. е. числа Re, имеет место в тех елучаях, когда течение происходит с отрывом потока от твердой поверхности, а изменение Re вызывает соответствующее перемещение точки отрыва вдоль этой поверхности. Такое течение характерно, например, для отрывных диффузоров с углами расширения Tsi 15-i-45°, для колен с небольшими радиусами закругления / , но без направляющих лопаток, для отводов при среднем радиусе закругления Rk < (0>6 2) Ь, а также для обтекания шара, цилиндра и т. п. В перечисленных случаях автомодельная область наступает при Reg.jT 5- Ю Т [c.15]

При поперечном обтекании круглого цилиндра и при обтекании шара на передней части этих тел образуется ламинарный пограничный слой (по крайней мере, при достаточно низких числах Рейнольдса, когда переход к турбулентному пограничному слою не происходит). Расчет местной плотности теплового потока в окрестности критической точки и на лобовой поверхности тел выполняется рассмотренными методами. Однако в сечении цилиндра или шара, расположенном несколько выше по потоку, чем миделево, происходит отрыв ламинарного пограничного слоя (отрыв турбулентного пограничного слоя происходит несколько ниже миделева сечения). После отрыва пограничного слоя на поверхности тела наблюдаются колебания местного коэффициента теплоотдачи, соответствующие сложному вихревому характеру течения с уносом вихрей от поверхности в гидродинамический след. [c.274]

Re <3,5 10. В этом критическом диапазоне чисел Рейнольдса в пограничном слое начинается переход от ламинарного режима течения к турбулентному. Отрыв пограничного слоя возникает еще при ламинарном режиме течения, приблизительно в том же месте на лобовой стороне цилиндра, что и при меньших числах Re. За этим отрывом следуют смена режи.ма течения и второй, уже турбулентный ( пузырчатый ) отрыв на кормовой стороне цилиндра. Регулярность и определенность отрыва пограничного слоя меньше, чем при меньших и больших числах Рейнольдса. Донное давление резко повышается, а зона действия отрыва сужается ( =110- 120 ", рис. 10-3, г). В результате при Re 3=5-10 происходит указанное выше скачкообразное кризисное снижение лобового сопротивления цилиндра. Для шара такое кризисное сопротивление соответствует Re j=3 10 [c.472]

Эта формула находит применение, например, при расчете осаждения капелек тумана или расчете движения очень малых капелек жидкости при течении влажного пара. С увеличением числа Re изменение коэффициента сопротивления шара качественно совпадает с законом, приведенным для цилиндра. В частности, кризис сопротивления возникает при Re =< 5-10 . На этом принципе основана работа простого прибора для измерения степени турбулентности внешнего потока. По уменьшению сопротивления маленького шарика регистрируют критическое число Re. Зависимость критического числа Re от степени турбулентности известно по измерениям турбулентности с помощью специального малоинерционного прибора, которым можно измерять малые пульсации скорости. [c.186]

Сводный график коэффициентов лобового сопротивления шара в широком диапазоне чисел Рейнольдса был приведен на рис. 9-5. Форма этого графика очень похожа на форму графика для цилиндра, и четко прослеживаются три основных режима течения 1) ползущее движение 2) турбулентный след и ламинарный пограничный слой (рис. 15-11,а) 3) турбулентный след и турбулентный пограничный слой (рис. 15-11,6). Критическое число Рейнольдса для перехода в пограничном слое от ламинарного течения к турбулентному снова подвержено сильному влиянию шероховатости поверхности и турбулентности свободного потока. В практике гладкие сферы могут использоваться для сравнения уровней турбулентности свободного потока в различных аэродинамических и гидродинамических трубах. Связь между критическим числом Рейнольдса Re p и относительной [c.407]

Вопрос об определении положения точки Отрыва турбулентного пограничного слоя нуждается еще в дополнительных теоретических и экспериментальных исследованиях. Можно все же думать, что предложенное приближенное решение правильно оценивает характер явления. Сформулированный только что вывод относительно взаимного расположения точек отрыва ламинарного и турбулентного пограничных слоев хорошо подтверждается опытами. Достаточно вспомнить явление кризиса обтекания , объяснение которого было дано в 92. Точка отрыва ламинарного слоя при больших докритических значениях рейнольдсова числа не меняет своего расположения, что приводит практически к установившейся картине. плохого обтекания шара и сохранению коэффициента сопротивления на уровне сравнительно большого его значения. Как только точка перехода в своем движении вверх по течению достигнет точки отрыва, отрыв теряет свой ламинарный характер и сразу же начинает перемещаться вниз по потоку, улучшая тем самым обтекание тела и уменьшая его сопротивление. В конце кризиса точка отрыва установившегося турбулентного пограничного слоя располагается значительно ниже по потоку, чем точка отрыва ламинарного слоя, и в дальнейшем уже, если и перемещается, то крайне незначительно (за счет косвенных причин, связанных с изменением давлений при утолщении слоя и др.). [c.637]

Ограничения математического анализа. Идеальная научная теория состоит из минимального количества аксиом (основных принципов и понятий), из которых решение любой задачи может быть получено формальной логикой, т. е. математически. Сейчас такая всеобъемлющая теория движения жидкости воплощена в уравнении неразрывности и общих уравнениях движения. К сожалению, сложность большинства явлений течения и пределы аналитических способностей человека ограничивают строгое применение этой теории только несколькими простыми случаями. Например, можно найти распределение давления в жидком теле, которое целиком вращается или испытывает ускорение иным способом пределом в этом случае будет гидростатическое распределение. Могут быть точно рассчитаны сопротивление ламинарного потока в однородной трубе или установившаяся скорость падения малого шара. Точно выражается и частота волн малой амплитуды под действием силы тяжести, капиллярности или упругости. Более сложные состояния потока могут быть подвергнуты теоретическому анализу лишь при игнорировании некоторыми не поддающимися описанию сторонами движения. В ряде случаев результаты имеют достаточную для инженерной практики точность. Однако часто, особенно для случая турбулентного движения, математические трудности становятся настолько значительными, что решение может быть получено только после чрезвычайного упрощения. [c.6]

В результате получилось такое же уменьшение коэффициента сопротивления,, как и без кольца, но при большем числе Рейнольдса. На рис. 2.20 и 2.21 изображены фотографии обтекания шара дымом для докритического состояния с большой мертвой зоной и большим коэффициентом сопротивления и для сверхкритического состояния с меньшей мертвой зоной и меньшим коэффициентом сопротивления. Сверхкритическое состояние было достигнуто благодаря тому, что на шар было надето кольцо. Эти опыты убедительна показали, что внезапное падение коэффициента сопротивления шара можно понимать только как эффект пограничного слоя, связанный с переходом в нем ламинарного течения в турбулентное. [c.418]

Экспериментально установлено, что критическое число Рейнольдса, при котором коэффициент сопротивления шара резко уменьшается (см. рис. 1.5) ), сильно зависит от степени турбулентности в аэродинамической трубе. Это критическое число, лежащее в пределах от VD/v) = 1,5 10 до 4 10 , тем меньше, чем больше степень турбулентности. С физической точки зрения это вполне понятно, так как высокая степень турбулентности внешнего течения вызывает переход течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную при более низких числах Рейнольдса, вследствие чего точка отрыва перемещается вниз по течению, что в свою очередь приводит к сужению мертвой зоны за телом и к уменьшению сопротивления. [c.515]

Кризис сопротивления присущ всем телам, у которых точка отрыва пограничного слоя может перемещаться в зависимости от числа Рейнольдса. Это справедливо при неизменной степени турбулентности потока. Круглый цилиндр, шар, эллипсоид являются примером таких тел. У хорошо обтекаемых тел кризиса сопротивления в указанном смысле не может быть, потому что их сопротивление определяется преимущественно силами трения. Но и здесь переход течения в пограничном слое, например из турбулентного в ламинарный, сильно снижает профиля. [c.53]

Следовательно, отрыв пограничного слоя происходит тем ниже по течению, чем больше напряжение трения на стенке, поскольку в этом случае частицы жидкости пройдут больший путь в пограничном слое вдоль поверхности тела, прежде чем Тст станет равным нулю. Таким образом, в случае ламинарного пограничного слоя отрыв произойдет значительно выше по потоку, чем в случае смешанного пограничного слоя, когда на кормовой части шара имеется турбулентный пограничный слой. [c.344]

Аналитически были получены уравнения подобия для условий теплоотдачи с = 1бет, <7с=16ет при свободном смывании вертикальной плоской поверхности, горизонтального цилиндра, шара при ламинарном и турбулентном течении. Подробнее об этом можно узнать в книгах [37, 50]. [c.310]

Особенно примечательное явление, связанное с переходом течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, наблюдается при обтекании тела с тупой кормовой частью, например круглого цилиндра или шара. Из рис. 1.4 и 1.5 мы видим, что при числах Рейнольдса Fd/v,. равных для круглого цилиндра приблизительно 5 10 , а для шара приблизительна 3 10 , коэффициент сопротивления цилиндра и шара внезапно сильно уменьшается. Впервые это явление было обнаружено для шара Г. Эйфелем [ ]. Столь резкое уменьшение сопротивления объясняется возникновением в пограничном слое турбулентного течения. Турбулизация пограничного слоя,, т. е. возникновение в нем турбул (нтного перемешивания, значительна усиливает увлекающее действие внешнего потока по сравнению со случаем ламинарного пограничного слоя, и это приводит к перемещению точки отрыва назад, т. е. вниз по течению. Если для пограничного слоя, остающегося ламинарным на всем протяжении, точка отрыва лежит приблизительно на экваторе шара, то после турбулизации пограничного слоя она перемещается на довольно значительное расстояние назад, т. е. на заднюю половину шара. Вследствие этого область застойного течения позади тела значительно суживается и распределение давления приближается к распределению давления при течении без трения (см. рис. 1.10). Сужение же застойной области приводит к значительному уменьшению сопротивления давления, что дает о себе знать в виде скачкообразного понижения кривой = / (Ре) (см. рис. 1.4 и 1.5). Правильность такого объяснения подтвердил Л. Прандтль путем следующего опыта [Щ, Несколько впереди экватора шара, обтекавшегося потоком воздуха, он укрепил на поверхности шара тонкое проволочное кольцо. Наличие этого кольца вызвало искусственную турбулизацию пограничного слоя уже при умеренном числе Рейнольдса [c.50]

Можно отметить хорошее совпадение результатов обоих расчетов для правильных укладок и укладок шаров в трубе, кроме укладки шаров в трубе при jV = 2,0. Результаты расчета показаны на рис. 3.2. На том же рисунке приведены значения Ястр для константы струи астр, равной 0,2 и 0,3. Имея экспериментальные данные по коэффициентам сопротивления различных шаровых укладок, можно на основании зависимости (3.8) уточнить константу турбулентности при течении газа через шаровые твэлы. Используя зависимости (2.3 2.19 2.20 и 3.8), можно определить приближенно зависимость коэффициента сопротивления слоя для автомодельной области течения теплоносителя от константы йстр и объемной пористости т [c.56]

Исследования в малоскоростной аэродинамической трубе обтекания затупленных тел, в частности шара, показали, что при числе Рейнольдса = РсоО/ ао = 3-10 его лобовое сопротивление резко уменьшается. Это объясняется тем, что при таком числе Рейнольдса пограничный слой из ламинарного переходит в турбулентный. Турбулизация же способствует усилению увлекающего действия внешнего потока и, как следствие, смещению точки отрыва вниз по течению. В результате подсасывающая зона становится более узкой. Значение Яеоо = 3 -10 и является для шара в данном [c.89]

Переход ламинарного течения в турбулентное зависит от начальной турбулентности. При этом ее повышение приводит к снижению критического числа Рейнольдса. Наибольшее значение этого числа, найденное для шара в свободном полете, при котором начальная турбулентность принимается равной нулю, определяется величиной Reкp = 4-10 . В то же время по экспериментам в аэродинамической трубе с начальной турбулентностью [c.90]

Кроме того, при изменении числа Ре меняется положение точки отрыва пограничного слоя и его структура. До тех пор пока пограничный слой остается ламинарным (10<Ре<10 ), точка отрыва находится в лобовой части сферы (рис. 5.22, о). В диапазоне изменения числа Рейнольдса приблизительно 10 <Ре<10 ламинарный пограничный слой постепенно переходит в турбулентный и точка отрыва смещается в кормовую область сферы (рис. 5.22,6). В этом диапазоне чисел Ре сопротивление (по сравнению с законом Стокса) увеличивается за счет возрастающего действия разности давления перед шаром и за ним. Интенсивность увеличения сопротивления давления возрастает, кривая зависимости с = =/(Ре) приближается к горизонтали. Полный переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный происходит резко при числах Ре = Рекр Ю . В этом случае угол между симметричными точками отрыва принимает минимальное значение 110—120° и величина области отрывного течения также становится наименьшей (рис. 5.22, в). Сопротивление при этом резко уменьшается такое явление называют кризисом сопротивления. [c.259]

Появление подобных вихрей можно наблюдать, например, когда река обтекает какой-нибудь острый предмет (рис. 16). Подобные вихри также ясно видны при движении весла в воде. Образованпе вихрей наблюдается такяге и при обтекании вполне гладких предметов, например шара (рис. 17), но в случае гладких предметов ламинарный ренз им нарушается ирп определенной, более высокой скорости течения, зависящей от формы тела. При определенной гладкой форме тела ламинарность нарушается при больших скоростях потока и турбулентность получает меньшее развитие и захватывает меньший объем. [c.44]

Все изложенное относится к теории ламинарного пограничного слоя, которая находится во вполне удовлетворительном согласии с экспериментом и качественно подтверждается также имеющимися немногочисленными точными решениями уравнений Навье — Стокса. Однако на самом деле при повышении скоростей пограничный слой переходит в турбулентное состояние, что меняет весь режим течения (реальные струи, как правило, всегда турбулентны). Первоначально с этим явлением столкнулись в связи с экспериментальным исследованием коэффициента лобового сопротивления шара (Дж. Костанци, Л. Прандтль, Г. Эйфель). Оказалось, что при достижении чисел Рейнольдса порядка 10 дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к резкому падению коэффициента сопротивления шара примерно в два раза. Этому удивительному явлению дал объяснение Л. Прандтль Он показал, что при достижении указанных чисел Рейнольдса отрыв пограничного слоя вызывает его турбулизацию и последующее присоединение, что задерживает в целом отрыв потока от обтекаемого тела и тем самым резко снижает сопротивление ( кризис обтекания и сопротивления.) [c.298]

Осредненный поток при обтекании шара с турбулизирующей проволочкой при Re = 30 000. Осредненный во времени снимок в меридиональной плоскости того же течения, что и на предыдущем снимке. Визуализация осуществлялась с помощью воздущных пузырьков в воде. Здесь ясно видно, как уменьшается размер следа, когда пограничный слой становится турбулентным. Фото ONERA. [Werle, 1980] [c.37]

На теневой фотографии показан шар диаметром 1/2 дюйма, схваченный при его движении в во лухе. тем участком головной волны, который находится непосредственно перед шаром вдоль его поверхности вплоть до угла 45°, течение дозвуковое. На угле примерно 90° ламинарный пограничный слой отрывается, создавая косую ударную волну, и быстро становится турбулентным. Флюктуирующий след порождает систему слабых возмущений, постепенно сливающихся во вторую ударную волну. Фото А. С. harters [c.166]

С помощью весьма наглядного опыта можно продемонстрировать внезапное увеличение сопротивления трубы при переходе от ламинарного течения к турбулентному. Схема этого опыта предетавлена на фиг. 185. Вода из напорного бака течет по резиновому шлангу и затем по длинной тонкой трубке. Из свободного конца этой трубки вода вытекает в виде струи. Перемещая напорный бак снизу вверх, можно наблюдать, что сначала с увеличением напора скорость истечения увеличивается и струя из трубки бьет все дальше и дальше. Но если, поднимая бак, достигнуть высоты, при которой ламинарное течение в трубке переходит в турбулентное, то струя начинает пульсировать и при дальнейшем увеличении напора расстояние, на которое бьет струя, уменьшается. Это свидетельствует о том, что потери на трение увеличились вследствие смены ламинарного режима течения турбулентным. Однако в некоторых случаях, как увидим в дальнейшем, влияние турбулентности потока в известном смысле слова обратно. Так, например, для неудобообтекаемых тел при переходе от ламинарного движения к турбулентному точка отрыва вихрей сдвигается в направлении потока и обтекание улучшается. Искусственно турбулизируя поток, можно, например, уменьшить сопротивление шара более чем в два раза. Положительную роль играет [c.465]

Результат (2.1) можно обобщить и на случаи обтекания других тел, заменяя координату X расстоянием 5 от точки набегания течения на тело, отсчитываемым вдоль контура тела, или же типичным размером тела О. Оказалось, что этот результат находится в весьма хорошем соответствии с экспериментальными данными (см., например, рис. 2.4, на котором приведены эмпирические данные Драйдена, Шубауэра, Мока и Скрэмстада (1937) для пограничного слоя на шарах различного радиуса при различных значениях интенсивности и масштаба начальной турбулентности). [c.74]

Турбулентные пограничные слои. Ниже, при рассмотрении чонов сопротивления обтекаемых тел, мы увидим, что ламинарный по-П1ИЧПЫЙ слой перед местом отрыва на o6ieKaeNioM шаре при переходе некоторое очень большое число Рейнольдса превращается в тур- рентный слой. В случае течения в трубах переход ламинарного течоьщя [c.89]

Для всей механики жидкости и газа фундаментальное значение имеет явление перехода ламинарной формы течения в турбулентную. Впервые это явление было подробно исследовано О. Рейнольдсом в восьмидесятых годах прошлого столетия при изучении движения воды в трубах. В 1914 г. Л. Прандтлю удалось экспериментальным путем, на примере обтекания шара, показать, что течение внутри пограничного слоя также может быть либо ламинарным, либо турбулентным и что процесс отрыва потока, а вместе с тем и вся проблема сопротивления зависят от перехода течения внутри пограничного слоя из ламинарной формы в турбулентную. В основе теоретического исследования такого перехода лежит предположение О. Рейнольдса о неустойчивости ламинарного течения. В 1921 г. такими исследованиями занялся Л. Прандтль. В 1929 г. В. Толмину после ряда неудачных попыток удалось впервые теоретически вычислить критическое число Рейнольдса для плоской пластины, обтекаемой в продольном направлении. Однако потребовалось еще свыше десяти лет, прежде чем теория Толмина Morjfa быть подтверждена очень тщательными экспериментами X. Драйдена и его сотрудников. Теория устойчивости пограничного слоя позволила объяснить влияние на переход ламинарной формы течения в турбулентную также других факторов (градиента давления, отсасывания, числа Маха, теплопередачи). Эта теория получила важное пр-именение, в частности, при исследовании несущих профилей с очень малым сопротивлением (так называемых лами-наризованных профилей). [c.17]

Плохо обтекаемые тела. С переходом течения в пограничном слое из ламинарного в турбулентное связано явление, которое особенно заметно у плохо обтекаемых тел, например у шара и круглого цилиндра. Из рис. 1.4 и 1.5 видно, что коэффициенты сопротивления круглых цилиндров и шаров, при числе Рейнольдса Ре = УZ)/v, равном приблизительно 3 10 , внезапно сильно уменьшаются. Это резкое уменьшение коэффициента сопротивления, которое для шара было впервые обнаружено Г. Эйфелем [ ], объясняется тем, что пограничный слой при указанном числе Рейнольдса становится турбулентным. Турбулизация пограничного слоя приводит к перемещению его точки отрыва от тела вниз по течению, т. е. ближе к заднему концу тела,, вследствие чего мертвая зона позади тела становится значительно более узкой. Правильность такого объяснения Л. Прандтль подтвердил следующим, опытом. На шар, немного впереди его экватора, было надето тонкое проволочное кольцо. Благодаря присутствию кольца турбулизация погра- ничного слоя наступала при меньшем числе Рейнольдса, чем без кольца. [c.418]

Весьма важным параметром, от которого зависит переход в пограничном слое ламинарной формы течения в турбулентную, является так называемая степень возмущенности внешнего течения, Это было обнаружено уже давно, еще при измерении сопротивления шаров в различных аэродинамических трубах. Эти измерения показали, что при увеличении числа Рейнольдса достигается такое его значение, при котором коэффициент сопротивления [c.440]

В общем случав шероховатость стенки способствует переходу ламинарной формы течения в турбулентную в том смысле, что при прочих равных условиях переход на шероховатой стенке наступает при меньшем числе Рейнольдса, чем на гладкой стенке. Это легко понять на основании теории устойчивости. В самом деле, шероховатость вызывает в ламинарном течении дополнительные возмущения, которые присоединяются к возмущениям, уже имеющимся вследствие какой-то степени турбулентности внешнего течения. Естественно, что эти суммарные, в целом более сильные возмущения требуют меньшего нарастания, чтобы привести к переходу ламинарного течения в турбулентное. При очень небольшой высоте к элементов шероховатости следует ожидать, что возмущения, вызываемые шероховатостью, лежат ниже уровня возмущений, определяемых степенью турбулентности внешнего течения. В этом случае шероховатость не оказывает никакого влияния на переход] ламинарной формы течения в турбулентную. Это предположение подтверждается опытом. С другой стороны, при очень сильной степени шероховатости переход ламинарного течения в турбулентное возникает непосредственно около элементов шероховатости, как, например, в случае проволочного кольца на шаре (рис. 2.21). См. в связи с этим также работу И. Штюпера [c.487]

Изложенное показывает, что при скоростях положение линий отрыва на шаре существенно зависит от эежима течения в пограничном слое и, следовательно, от е. Влияние сжимаемости здесь сказывается в том, что с увеличением возрастает критическое число Ре р (рис. 5-47). Это означает, что турбулизация слоя в точке отрыва происходит при больших числах Ре и линия перехода Т медленнее сближается с линией отрыва 5. Другими словами, сжимаемость затягивает переход ламинарного режима в турбулентный. [c.296]

Со временем картина течения продолжает усложняться (фиг. 1, г, I = 23 с) вихрь над телом окончательно теряет регулярность внутренней структуры и начинает растекаться в виде турбулентного пятна. В непосредственной окрестности тела течение в следе порождает вторичные короткоживущие вихри. В очередной вторичной струе под телом появляется высокоградиентная оболочка. Она образуется за короткое время одновременно по всей своей длине и движется вместе со струей к поверхности шара. [c.43]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...