Перенос субстанций при турбулентном

Турбулентный режим. Как отмечалось ранее, течение волновой пленки жидкости и массообмен в ней имеет ряд характеристик, свойственных турбулентному режиму. Это, в первую очередь, наличие пульсационной составляющей в распределении скорости и турбулентного потока вещества в суммарном переносе субстанции. При турбулентном режиме подобные составляющие, в отличие от рассмотренных ранее при волновом течении, имеют случайный характер. Корреляция случайных величин (будь то скорости или концентрации) остается неизвестной, поэтому приходится пользоваться теми или иными моделями, отличающимися между собой как точность [c.26]

Сформулируем корреляционные модели неполного статистического описания процессов переноса импульса и скалярной субстанции при неоднородной турбулентности, не прибегая к введению полуэмпирических замыкающих соотношений (которые содержали бы при таком количестве уравнений огромное количество эмпирических констант). Предложенные модели в отличие от большинства полуэмпирических моделей обладают необходимыми условиями галилеевой и тензорной инвариантности уравнений,, являются универсальными с точки зрения их использования для любых геометрических конфигураций в общем случае нестационарных турбулентных потоков при любых числах Прандтля (в пределах концепции несжимаемости). [c.70]

Корреляционная модель неполного статистического описания переноса скалярной субстанции при неоднородной турбулентности сформулирована (Л. 1-33] в виде системы конечного числа зацепляющихся уравнений для первого момента поля скалярной субстанции и смешанных моментов более высокого порядка [c.71]

Величина 1 , является параметром длины, пропорциональным среднеквадратичному значению расстояния, на котором турбулентные моли жидкости сохраняют свою индивидуальность. Обычно называют длиной пути смещения при переносе импульса. Подобная аналогия может быть использована при рассмотрении турбулентного потока скалярной субстанции (концентрации или температуры) как транспортабельной субстанции. При этом выражение коэффициента турбулентной диффузии имеет вид [c.71]

Следует отметить, что рассматриваемую теорию переноса скалярной субстанции не следует противопоставлять теории Прандтля — Буссинеска. Так же как и в рассмотренной выше теории переноса импульса, можно показать [Л. 1-26], что введенное в феноменологической теории переноса соотношение для турбулентных потоков скалярной субстанции может быть получено из уравнений для соответствующих вторых моментов при Ке 1 и пренебрежении турбулентной диффузией. [c.81]

Теория Тэйлора. Теория переноса Тэйлора [Л.1-25] основана на предположении о том, что в турбулентном потоке свойствами транспортабельной субстанции обладает завихренность. При этом в полном соответствии с теорией [c.62]

В основе общей теории турбулентного переноса лежит представление о том, что одни и те же объемы жидкости или газа, участвуя в пульсационном движении, одновременно переносят количество движения, тепло и вещество. При этом, казалось бы, коэффициенты переноса А , Ад и Ат должны быть равны между собой. И это действительно было бы так, если бы переносимая субстанция (количество движения, тепло, примесь вещества) не взаимодействовала с окружающей средой, вела себя пассивно в процессе переноса. Но на самом деле это не так. [c.557]

Как уже упоминалось, при полной пассивности переносимой субстанции коэффициенты переноса должны быть равны между собой, а следовательно, по (49) турбулентные числа Прандтля и Шмидта равны единице. На самом деле, переносимая субстанция не полностью пассивна, а имеет место некоторая, сравнительно небольшая разница в активности тепломассопереноса по сравнению с переносом импульса (трением). [c.558]

Если частицы диффундирующей субстанции сохраняют свои индивидуальные свойства при движении в пульсирующем потоке (пассивная примесь), то наиболее естественно в основу модели турбулентного перемешивания положить лагранжеву концепцию (см. формулу (3.3.1)), что дает возможность без детальной конкретизации механизма перемешивания рассматривать такой перенос как обычное движение частиц жидкости, при котором происходит диффузия. Введение лагранжевой турбулентной пульсации 2 (=2 +/ -У2 =0) консервативного признака 2 позволяет в этом случае определить некоторую длину = / I (приблизительно пропорциональную среднему линейному масштабу [c.19]

Желая определить k. заметим прежде всего, что если субстанция переносится жидкостью пассивно и своим присутствием на движение существенно не влияет, то величину k естественно считать не зависящей ни от рода субстанции, ни от её мгновенного распределения k определяется исключительно состоянием неупорядоченного турбулентного движения жидкости. При данном движении рассеяние любой субстанции описывается одним и тем же уравнением (6.1). [c.701]

Теория турбулентного переноса скалярной субстанции. Знание по возможности более точной картины турбулентного переноса импульса является особенно актуальным при исследовании вопросов переноса тепла и массы в турбулентных пристенных течениях. При этом желательно использовать преимущества динамической теории, использующей уравнения одноточечных моментов пульсаций скорости, для усовершенствования полуэмпирической теории переноса скалярной субстанции (тепла и массы) в турбулентных потоках со сдвигом, основанной лишь на предположении о некоторой аналогии между переносом скалярной субстанции и переносом импульса. Осредненное уравнение переноса скалярной субстанции, содержащее компоненты пульсационных тепловых потоков ViT, дополняется системой уравнений, описывающих изменения этих потоков в пространстве. Эти уравнения выводятся из уравнения переноса (1-13-13) и осредненных уравнений переноса (1-13-16) — (1-13-24) и имеют вид (для простоты здесь рассматривается случай молекулярного числа Прандтля, равного единице) [Л. 1-24] [c.78]

В общем случае этим условиям удовлетворить невозможно. Очевидным преимуществом теории переноса, использующей уравнения для статистических моментов пульсаций, является ее независимость от подобных ограничений. Важным преимуществом рассматриваемой теории является также возможность учета с ее помощью влияния внешнего турбулентного течения на процессы переноса внутри пограничного слоя. Действительно, благодаря наличию в уравнениях для вторых моментов членов, характеризующих турбулентную диффузию, являются возможными расчет характеристик переноса вплоть до внешней границы пограничного слоя и, следовательно, учет (через посредство граничных условий) турбулентности внешнего потока. Следующим принципиальным преимуществом рассматриваемой теории является возможность учета влияния пульсаций давления на изменение пульсационных потоков скалярной субстанции, что невозможно при использовании феноменологической теории, основанной на понятии пути смешения . [c.81]

В основе общей теории турбулентного переноса лежит представление о том, что одни и те же объемы жидкости илн газа, участвуя в пуль-сационном движении, одновременно переносят количество движения, тепло и вещество. При этом, казалось бы, коэффициенты переноса Ах, Ад й Л , должны быть равны между собой. И это действительно было бы так, если бы переносимая субстанция (количество движения, тепло, примесь вещества) не взаимодействовала с окружающей средой, вела себя пассивно в процессе переноса. Но на самом деле это не так. Если представить себе, что на некотором пути смешения 1%, как этого требует теория Прандтля, количество движения сохраняется, то отсюда еще не следует, что на том же пути 1% будет сохраняться и количество тепла и вещества, заключающиеся в переносящем их жидком объеме. Естественнее предполагать, что для тепла имеется свой путь смешения а для вещества также свой путь смешения С- По изложенной в настоящем параграфе теории смешения можно предполагать, что, согласно формуле (31), для переноса импульса и аналогичным соотношениям для переноса тепла и вещества, будут справедливы равенства [c.701]

Сопоставление турбулентного и молекулярного переносов. Сравнение формул молекулярного и турбулентного переноса показывает, что при одинаковых поперечных градиентах скорости отношение турбулентного переноса любой субстанции к молекулярному равно по порядку величины Оценим это отношение для течения воздуха с й = 50 м/с в трубе й=100 мм при обычных параметрах трубной турбулентности 8 = у /й=5%, [c.127]

Система уравнений переноса при турбулентном течении теплоносителей состоит из уравнений неразрывности, движения и распространения тепла. Эти уравнения имеют более сложный вид, чем при ламинарном движении, из-за необходимости учета переноса субстанции турбулентными вихрями. Уравнения для турбулентного движения получены из уравнений для ламинарного движения посредством разделения мгновенной картины переноса на среднюю и пульсационнуга со-ставляющие (например, i =Г- -С СУ = И) + и р = р + р с = с 4-с ) и усреднения полученных уравнений по соответствующим правилам. В результате получается следующая система уравнений для несжимаемой среды с постоянными свойствами при отсутствии влияния внешних сил (тензорная форма записи) 1 уравнение неразрывности [c.13]

При турбулентном перемешивании происходит перенос и перемешивание свойств текущей среды в направлении, перпендикулярном к главному движению. Прежде всего происходит перенос импульса главного движения кроме того, переносятся субстанции, содержаш иеся в жидкости (взвешенные вещества, химические примеси), а также тепло. Мерой интенсивности переноса какого-либо определенного свойства в поперечном направлении служит соответствующий коэффициент турбулентного обмена. Обозначим коэффициенты турбулентного обмена для импульса и тепла соответственно через Ах и Ад. Уравнения, определяющие эти коэффициенты, имеют вид (см. 1 главы ХХП1) [c.672]

Данное приближение не лишено физического смысла на каждом из интервалов изменения турбулентного обмена (11.5.26)-(11.5.29) перенос вещества и энергии происходит со средними характеристиками. Такое приближение несколько искажает локальные характеристики переноса, но поскольку при расчете коэффициентов массоотдачи или теплоотдачи используются интегральные по сечению характеристики, то окончательное решение сохраняет основные функциональные зависимости. Изложенное выше дает основание утверждать о существовании при турбулентном тепло массо пере носе (11.5.31), (11.5.32) закономерности, аналогичной бинарному тепломассопереносу коэфффициент при совместном переносе энергии и вещества состоит из произведения, один член которого ответствен за перенос субстанции без учета взаимного влияния тепла и массы, а другой является общим для различных типов моделей, отображающих конкретную геометрию контактного устройства или физическую картину, т.е. так, как было указано для бинарного тепломассопереноса (см. гл. 6). [c.257]

Хинце [197], рассматривая проблемы переноса в турбулентных потоках, ввел понятие жидкого моля, под которым понимает достаточно протяженную часть жидкого континуума, состоящую из когерентного конгло (ерата жидких частиц . Размер жидкого моля сравним с интефальным масштабом турбулентного движения, причем обмен его с окружающей средой будет определяться влиянием мелкомасштабных турбулентных движений. В процессе перемещения в радиальном направлении, совпадающем с направлением фадиента давления и при противоположном движении, турбулентные моли совершают микрохолодильные циклы. В рамках формализма Прандтля предполагается, что каждый жидкий или, как его еще называют, турбулентный моль в процессе турбулентного движения представляет собой некоторую индивидуальность, сохраняющую свою субстанцию в течение некоторого характеристического промежутка времени. Необходимо помнить, что имеющие место пульсации давления при перемещении моля на длине пути смешения / будут сопровождаться переносом импульса. Тогда, если импульс не сохраняется, нарушается требование, предъявляемое Прандтлем к транспортабельной субстанции,— турбулентному молю. Тем не менее понятие турбулентного моля удобно использовать при анализе задач переноса. Ссылаясь на работу Шмидта [256], Хинце отмечает, что расслоение будет устойчивым, если распределение температуры отличается от адиабатного [c.164]

В процессах теплообмена и массообмена носнтели обеих перемещаемых субстанций (тепла и вещества) зачастую одни и те же. Так, например, в процессах молекулярной теплопроводности и са-модиффузии носитель обеих субстанций—одни и те же молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении. Аналогично случаям молекулярного переноса молярное организованное движение или турбулентное перемещивание при наличии неравномерного распределения в пространстве каких-либо субстанций влечет за собой перенос всех этих субстанций, содержащихся в движущейся жидкости, газе или слое, например тепла, влаги, различных примесей. Уместно отметить, однако, что в силу неоднородности и неизотроп-ности перемещивания в псевдоожиженном слое коэффициенты турбулентного переноса в различных точках и разных направлениях должны быть неодинаковыми. Конечно, подобная аналогия между процессами тепло- и массообмена носит ограниченный характер. Ее нельзя, например, распространить на лучистый теплообмен. [c.242]

Кратко рассмотренные теории турбулентности являются дедуктивными Принимается определенная гипотеза о пульсационных потоках импульса, скалярной субстанции или завихренности, на основе которой с помощью осреднснных уравнений переноса выводятся (дедуцируются) профиль осредненной скорости и профиль скалярной субстанции. Очевидно, что при этом осредненные характеристики (профиль скорости или скалярной субстанции) выводятся на основе физически сомнительных гипотез. [c.62]

Особенность статистико-феноменологической теории турбулентного переноса состоит в том, что турбулентные поля рассматриваемых субстанций трактуются как случайные ф нкции пространственных координат и времени. Описание процессов турбулентного переноса при этом производится через статистические характеристики полей — распределение вероятностей для значений этих полей. Для замыкания же уравнений, описывающих распределение в пространстве и времени этих статистических характеристик, используются феноменологические гипотезы. [c.65]

При таком подходе к- проблеме турбулентности задача турбулентного переноса ставится следующим образом выразить характеристики переноса какой-либо субстанции полностью через статистические функции поля скорости, а также начальные и граничные условия с привлечением феноменологичёских гипотез для некоторых характеристик тонкой структуры турбулентности. Этот подход к проблеме переноса при неоднородной турбулентности является сравнительно новым и буквально до последних лет использовался лишь для рассмотрения переноса импульса. Основа статистико-феноменологического подхода к проблеме неоднородной турбулентности заложена работой Колмогорова [Л. 1-27], в которой турбулентность характеризовалась двумя параметрами—интенсивностью и масштабом (близкая идея немного позже была выдвинута ПрандТл м [Л.1-28]). Наиболее полное отражение идеи Колмогорова—Прандтля получили в теории Ротта [Л. 1-29]. [c.65]

Среди предположений, сделанных при выводе этих формул, весьма существенна гипотеза лагранжевой инвариантности переносимой субстанции. Как было упомянуто выше, для химически активной газовой смеси, стратифицированной в гравитационном поле, указанная гипотеза в общем случае не справедлива, и в соотношения (3.3.19 ), (3.3.3 ) и (3.3.15 ) необходимо вводить поправку, учитывающую влияние неоднородного распределения энтропии (температуры) и состава на эффективность турбулентного перемешивания. Такого рода поправка к турбулентным коэффициентам переноса в многокомпонентной смеси может быть найдена, вообще говоря, при использовании так называемой К-теории многокомпонентной турбулентности (см. разд. 4.3.9.). В однородной стратифицированной среде (например, в хорошо перемешанной нижней атмосфере планеты) этот эффект возникает только из-за имеющихся вертикальных градиентов температуры в отдельных областях пространства, благодаря чему появляются дополнительные силы плавучести архимедовы силы) способствующие, или препятствующие образованию энергии турбулентности (см. 4.2). Для учета этого факта Прандтлем был предложен безразмерный критерий- градиентное число Ричардсона Ш = ( / < Т >)(< Т >,3+ gl <Ср >)/(< >,з) (см. формулу (4.2.32)). Исходя из соображений теории подобия, естественно предположить, что все безразмерные характеристики турбулентного потока являются определенными функциями числа / I. Для того, чтобы учесть влияние сил плавучести в соотношениях (3.3.20), (3.3.3 ) и (3.3.15 ), можно использовать следующие поправки к масштабу Ь [c.159]

В изотермических струях, а также при наличии примесей возникает необходимость определения профилей температуры и концентрации примеси. Если считать механизм переноса тепла и примеси подобным механизму переноса импульса и допустить, что путь смешения для всех субстанций один и тот же, то соответствуюпцее развитие теории свободной турбулентности Л. Прандтля (1925) приводит к подобию полей безразмерных значений скорости, избыточной температуры и концентрации. Этот результат не подтверждается опытными данными, из которых следует,, что профили температуры и концентрации подобны между собой, появляются более наполненными, чем профиль скорости. [c.812]

Кратко рассмотренные теории турбулентности являются дедуктивными принимается определенная гипотеза о пульсационных потоках импульса, скалярной субстанции или завихренности, на основе которой с помощью осредненных уравнений переноса выводятся (дедуцируются) профиль осредненной скорости и профиль скалярной субстанции. Очевидно, что при этом осредненные харак- [c.72]

В заключение надо отметить, что из всех описанных полуэмпи-рических теорий турбулентности невозможно получить представление о взаимосвязи осредненных и пульсационных характеристик переноса. Между тем эти вопросы имеют глубокое принципиальное значение, определяемое необходимостью углубления современных представлений о механизме турбулентного переноса, и представляют чисто прикладной интерес. Действительно, мы зачастую сталкиваемся с такими задачами турбулентного переноса, в которых определение компонент тензора рейнольдсовых напряжений и пульсационных потоков скалярной субстанции не только вызывается необходимостью замыкания осредненных уравнений переноса, но и является самоцелью исследования. К таким задачам можно отнести, в частности, задачи, связанные с проблемами переноса тепла и массы внутрь пограничного слоя из внешнего турбулентного потока, распространения электромагнитных волн в средах с систематическими и случайными неоднородностями диэлектрической проницаемости и т. п. При этом полуэмпирические соотношения (1-13-33) для касательных турбулентных напряжений и поперечных турбулентных потоков скалярной субстанции, полученные на основе феноменологической теории пути смешения , оказываются недостаточными. [c.74]

Особенность статистико-феноменологической теории турбулентного переноса состоит в том, что турбулентные поля рассматриваемых субстанций трактуются как случайные функции пространственных координат и времени. Описание процессов турбулентного переноса при этом производится через статистические характеристики полей — распределение вероятностей для значений этих [c.74]

При этом скалярные субстанции — тепло и примесь, из-за вращения моля, переносятся на большее расстояние 1. Вращение моля Я1ри пульсации является дополнительным механизмом переноса скалярных субстанций, т. е. механизм турбулентного переноса количества движения и скалярных субстанций похож, но неодинаков. [c.127]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...