Распределение давления в в трубе при турбулентном

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]

При увеличении скорости течения жидкости в трубе возникают завихрения, которые нарушают ламинарное течение жидкости. Подкрашенная струя разрывается, и краска перемешивается в трубе (рис. 333, б). Такое течение называется турбулентным. При турбулентном течении падение давления в трубе резко возрастает — оно оказывается пропорциональным уже не скорости течения (закон Пуазейля), а квадрату скорости. Изменяется и распределение скоростей по сечению трубы. Скорости гораздо быстрее растут у края трубы и мало изменяются в средней части. Градиент скорости у стенок трубы оказывается очень большим. [c.553]

В баллистических экспериментах, выполненных в 50-е. гг., было обнаружено, что при движении моделей во фреонах в определенных условиях фронт головной ударной волны перестает быть гладким. На фронте головной ударной волны возникают многочисленные тройные конфигурации (пересечения в одной точке трех ударных волн). Картина течения становится такой же, как и за плоской ударной волной при наличии поперечных возмущений. В ряде случаев фронт волны остается гладким, а за ним возникает турбулентное течение. Сопротивление моделей существенно меняется. В дальнейшем были выполнены опыты в ударной трубе с инертными газами (аргон, криптон, ксенон) и с молекулярными (углекислый газ). Выяснилось, что распространение сильных ударных волн (при скорости несколько километров в секунду) имеет ряд особенностей. Фронт волны перестает быть плоским, в ряде случаев фронт разрушается, распределение плотности и концентрации электронов в релаксационной зоне имеет немонотонный характер (рис. 4.1, 4.2). Все эти особенности обнаруживают пороговый характер по скорости волны и начальному давлению. Малые примеси водорода (порядка 1%) оказывают стабилизирующее воздействие на течение. Описанное явление получило название релаксационной неустойчивости ударных волн. Существенную роль при этом, по-видимому, играет интенсивный переход энергии возбуждения в кинетическую. [c.81]

Опыт и общая теория показывают, что среднее давление вдоль оси неподвижной трубы как при ламинарном, так и при турбулентном движении распределено по линейному закону. Рассмотренное в предыдущем параграфе течение жидкости с параболическим профилем распределения скоростей по сечению круглой трубы имеет место только при ламинарных течениях при турбулентных течениях профиль распределения скоростей становится менее вытянутым, благодаря перемешиванию и обмену количеством движения поперек трубы средняя скорость ю оказывается почти постоянной по всему сечению трубы и только в узком слое около стенок трубы, благодаря прилипанию, скорость резко падает до нуля (см. рис. 87, б). [c.244]

Область перехода или точка перехода характеризуется возникновением в пограничном слое интенсивных пульсаций скорости, давления, плотности (в сжимаемых средах) и т. п. Распределения скоростей по сечению в ламинарном и в турбулентном пограничных слоях, вообще говоря, резко отличаются друг от друга. Так же как и при турбулентных движениях в трубах, в турбулентном пограничном слое происходит интенсивное перемешивание макроскопических частиц жидкости в поперечном направлении, за счет этого в турбулентном пограничном слое происходит выравнивание средних скоростей. Вместе с этим прилипание на обтекаемых стенках приводит к появлению более резких градиентов скоростей вблизи стенок, что вызывает резкое увеличение поверхностных сил трения и соответственно сопротивления трения. [c.265]

Обратимся теперь к эксперименту. Хорошее подтверждение универсальности зависимости (7.24) получено при обработке экспериментов с течением в трубах. Известно, что при турбулентном течении в трубах с разной шероховатостью стенок эпюры скоростей различны и соответственно различны касательные напряжения на стенках. Если перестроить опытные зависимости в координатах, диктуемых формулой (7.24), то они все совместятся в одну универсальную кривую распределения скоростей (за исключением области вязкого подслоя). Эта зависимость в данном случае оказывается весьма близкой к логарифмической. При аналогичной обработке измерений, проведенных с турбулентными слоями на пластинах (без градиента давления), опять получается универсальная зависимость, однако во внешней части слоя уклоняющаяся от логарифмической. [c.169]

Уравнение (10-11 в), выражающее универсальное распределение скорости, получено для турбулентного движения вдоль плоской стенки (движение в канале), в котором учитываются только турбулентные касательные напряжения. Молекулярные касательные напряжения в расчете не учтены. При сравнительно больших числах Рейнольдса уравнение (10-11 в) выполняется хорошо не только в потоках над плоской поверхностью, но и в трубах, а также, как будет показано ниже, в пристеночной части турбулентного пограничного слоя в потоках с переменным продольным градиентом давления. [c.327]

Информация о полях скорости и давления, необходимая для решения задач о распределении и превращении веществ в реакционных аппаратах, часто может быть получена из рассмотрения чисто гидродинамической стороны проблемы. Огромное разнообразие реальных течений жидкости, подчиняющихся одним и тем же уравнениям гидродинамики, обусловлено множеством геометрических, физических и режимных факторов, определяющих область, тип и структуру течения. Классификацию течений для описания их специфических свойств можно произвести различными способами. Например, широко распространена классификация течений по величине важнейшего режимно-геометрического параметра — числа Рейнольдса Ке течения при малых числах Рейнольдса [178], течения при больших числах Рейнольдса (пограничные слои [184]), течения при закритических числах Рейнольдса (турбулентные течения [179]). Следует заметить, что такая классификация имеет важный методический смысл, поскольку определяет малый параметр, Ке или Ке , и указывает надежный метод решения нелинейных гидродинамических задач — метод разложения по малому параметру. Не отрицая плодотворность такой классификации течений, в данной книге будем исходить не из математических и вычислительных удобств исследователя гидродинамических задач, а из практических потребностей технолога, рассчитывающего конкретный аппарат с почти предопределенным его конструкцией типом течения реагирующей среды. В этой связи материал по гидродинамике разбит на две главы. В первой из них рассматриваются течения, определяемые взаимодействием протяженных текучих сред со стенками аппарата или между собой течения в пленках, трубах, каналах, струях и пограничных слоях вблизи твердой поверхности. Во второй главе рассматривается гидродинамическое взаимодействие частиц различной природы (твердых, жидких, газообразных) с обтекающей эти частицы дисперсионной средой. [c.9]

Анализ результатов траверсирования различными зондами объема камеры энергоразделения позволяет выделить следующие характерные особенности распределения параметров в вихревой трубе с дополнительным потоком. Как и в обычных разделительных вихревых трубах, работающих при ц 1, четко различаются два вихря — периферийный и приосевой, перемещающиеся в противоположных направлениях вдоль оси. Первый — от соплового сечения к дросселю, второй — в обратном направлении. Распределение параметров осредненного потока существенно неравномерно как по сечению, згак и по длине камеры энергоразделения. Радиальные градиенты статического давления и полной температуры уменьшаются от соплового сечения к дросселю, а их максимальные значения наблюдаются в сопловом сечении. Распределение тангенциальных и осевых компонент скорости качественно подобны для различных сечений, однако, количественно вдоль трубы они претерпевают изменения. Поверхность разделения вихрей в большей части вихревой зоны близка к цилиндрической, о чем свидетельствуют пересечения осевых скоростей для различных сечений примерно в одной точке оси абцисс Т= 0,8 (см. рис. 3.9 и 3.10). Это хорошо согласуется с результатами исследований вихревых труб с диффузорной камерой энер-горазцеления, работающих при ц < 0,8, и позволяет в составлении аналитических методик расчета вихревых труб с дополнительным потоком вводить допущение dr /dz = О, а радиус разделения вихрей Tj для этого класса труб считать равным примерно 0,8. Как и у обычных труб, интенсивность закрутки периферийного потока вдоль трубы снижается -> 0), а возвратное при-осевое течение формируется в основном из вводимых дополнительно масс газа, скорость которых на выходе из трубки подвода дополнительного потока имеет осевое направление. По мере продвижения к отверстию диафрагмы приосевые массы в процессе турбулентного энергомассообмена с периферийным вихрем приобретают окружную составляющую скорости. Затухание закрутки периферийных слоев происходит тем интенсивнее, чем больше относительная доля охлажденного потока. Опыты показывают, что прй оптимальном по энергетической эффективности [c.112]

Фултона [18], Шспера [19] и Ван-Демтсра [20] ). Строгое теоретическое рассмотрение сложного турбулентного течения газа, которое имеет место в вихревой трубе, является чрезвычайно трудной задачей, особенно в связи с тем, что профиль скоростей потока внутри трубы экспериментально пока еще не определен. Однако качественно эффект охлаждения можно объяснить следую-п им образом. Вращающийся поток воздуха внутри трубы создает в радиальном направлении градиент давления, возрастающий от оси к стенке трубы. Влияние турбулентности на такое ноле давлений выражается в адиабатическом перемешивании. Это приводит к созданию адиабатического распределения температур, при котором более холодный газ оказывается в области, расположенной вблизи оси трубы. Однако вследствие теплопроводности, приводящей к уменьшению градиента температур в радиальном направлении а также непостоянства значений угловой скорости в разных местах трубы адиабатическое распределение полностью осуществлено быть не может. Ван-Демтор описывает последний эффект следующим образом Если угловая скорость непостоянна, то вступает п действие другой механизм, приводящий к возникновению потока механической энергии в радиальном направлении наружу. Вследствие турбулентного трения (вихревой вязкости) внутренние слои жидкости или газа стремятся заставить внешние слои двигаться с той [c.13]

После изучения особенностей распределения давления по поверхности трубы с учетом краевого эффекта и эффекта взаимо действия струи с поперечным потоком проведено исследование собственно процесса самоокутывания в аэродинамической трубе МЭИ незамкнутого типа с закрытой рабочей частью. Исследования проводились при различных значениях гидродинамического параметра в интервале изменений числа Рейнольдса Ре =(0,2ч-0,32)-10 и при интенсивности турбулентности потока в рабочей части аэродинамической трубы е=7,0%. Качественная картина самоокутывания изучалась методом визуализации потока, количественная — методом температурного моделирования. [c.87]

Турбулентное течение Пуазейля. Как было показано в 6-5, при ламинарном течении между двумя параллельными неподвнх<ными стенками, вызванном перепадом давления в продольном направлении, имеет место параболическое распределение скорости. Двумерное турбулентное течение исследовалось в широких прямоугольных трубах, где вторичные течения, связанные с наличием углов, образуются у боковых стенок, как показано схематически на рис. 13-3. [c.306]

Стабилизированное течение наступает после слияния пограничных слоев, возникающих в начальном участке трубы, и для изотермических условий характеризуется автомодельным распределением всех параметров по длине трубы. При стабилизированном изотермическом турбулентном течении несжимаемой жидкости распределение скоростей по радиусу трубы достаточно хорошо описывается формулой (1-10-2), Объясняется это тем, что течение в трубе конфузорное со сравнительно малым значением формпара-метра f. Падение давления в трубе определяется формулой [c.170]

Этот закон дает теоретическое обоснование неоднократно установленного экспериментального факта, который заключается в том, что кривые распределения скоростей в трубах с различной шероховатостью, полученные при одной и той же величине потерь на трение (речь идет о потерях на участке длиной L = с/, или, как говорят, на участке длиной в один калибр), могут быть совмещены друг с другом простым смещением вдоль оси трубы. Это иллюстрируется фиг. 206, на которой представлены профили распределения скоростей, построенные на основании экспериментальных данных Фрича ). Эти профили, как мы видим, одинаковы на всем почти расстоянии между стенками, за исключением области, непосредственно прилегающей к стенкам, в которой градиент скорости для гладкой стенки значительно больше, чем для шероховатой. Таким образом, в области развитого турбулентного движения влияние шероховатости сводится лишь к смещению кривой распределения скоростей вдоль оси трубы. Тот ке результат получается и на основании логарифмического закона, изображаемого формулой (39) если абсолютная шероховатость стенки к изменяется, а потери давления, характеризуемые величиной остаются постоянными, то это равносильно изменению постоянного слагаемого в правой части формулы (39) профиль же скорости остается неизменным для всех значений к. [c.515]

Установлено, что при /=0 (поток в модели отсутствует) при изменении числа Ке и интенсивности турбулентности набегающего потока распределение давления по поверхности трубы в отдельных сеченнях остается практически неизменным, т. е. существует автомодельность по Не и е. [c.85]

Следовательно, при турбулентном течении для протекания через трубу определенного количества жидкости требуется значительно больший перепад давления, чем при ламинарном течении. Это вполне понятно, так как турбулентное перемешивание приводит к значительному рассеянию энергии, а потому и к значительному увеличению сопротивления. Далее, при турбулентном течении распределение скоростей в поперечном сечении получается значительно более равномерным, чем при ламинарном течении. И эта особенность турбулентного течения связана с перемешиванием жидкости, вызываюш,им обмен импульсами между слоями, близкими к середине трубы, и слоями, прилегаюш,ими к стенке. В технических условиях преобладаюш,ая часть движений жидкости в трубах происходит при весьма больших числах Рейнольдса, следовательно, эти течения являются турбулентными. [c.49]

Принцип расчета потерь давления по тракту теплоносителя как для ламинарного, так и для турбулентного режимов течения пара одинаков. Различны только формулы для расчета, соответствующие режиму течения. Вычисление потерь давления начинают с определения местоположения мокрой точки методом итераций. Используя значение мощности Q, вычисляют инерционный вклад в изменение давления пара по длине зоны испарения. Затем определяют падение давления в жидкости и паре за счет трения только на длине зоны конденсации. Если инерционный эффект преобладает или равен сумме потерь давления за счет трения в жидкости и паре по длине зоны конденсации, то мокрая точка находится в начале зоны охлаждения трубы и величина /эф учитывает только длины зон испарения и адиабатической. Если же инерционный эффект меньше суммы потерь давления вследствие трения по длине зоны конденсации, то их соотношение проверяют методом итераций последовательно для уменьшающихся участков зоны теплоотвода от ее начала к концу. Распределение инерционного вклада па длине зоны конденсации принимают параболическим (вершина параболы — в конце зоны конденсации). Через определенный заданный интервал по длине зоны конденсации в направлении от начала ее к концу в каждой точке при проверке соотнощения вкладов в потери давления учитывается только невосстано-вившаяся доля инерционного эффекта и трение на данном уменьшающемся участке. Такая проверка соотношения инерционного эффекта и трения проводится до тех пор, пока оба эффекта не будут равны. В предельном случае мокрая точка может быть в конце трубы и величина 1аф должна учитывать всю длину трубы. Если мокрая точка находится в начале зоны [c.98]

При рассмотрении установившегося турбулентного движения несжимаемой жидкости Б плоской трубе в предшествующем параграфе логарифмический профиль распределения скоростей был установлен в предположении, что касательное напряжение всюду постоянно и что путь перемешивания зависит линейно от расстояния от стенки. Однако тот же профиль распределения скоростей можно получить и не прибегая к указанным специфическим предположениям, а воспользовавшись основными соотношениями для турбулентного трения и для линейного масштаба полей пульсаций. В самом деле, составляя уравнение равновесия сил осреднённого давления и турбулентного трения на элементарный объём жидкости, можно получить уравнение [c.477]

Опыт показывает, что приведенные соотношения оправдываются в умеренно широком диапазоне чисел Прандтля хорошо, в особенности если ввести в них поправочный коэффициент, слабо зависящий от числа Рг. Полного соответствия и нельзя ол<ндать, принимая во внимание относительную примитивность заложенной в основу теории физической схемы. Специальное исследование аналогии Рейнольдса, в которое мы не станем углубляться, показывает, что она имеет точный смысл только при том условии, когда распределения скоростей и тедшературных напоров сохраняются во всех поперечных сечениях потока взаимно подобными. Это заведомо не может строго соблюдаться в тех случаях, когда давление изменяется вдоль обтекаемой поверхности, как это происходит при течении внутри трубы. Кроме того, вовсе не обязательно предполагать, что происходит одновременное затухание эффектов пульсационного переноса количества движения и теплоты. В настоящее время можно считать установленным, что оба эффекта развиваются параллельно, но отнюдь не идентично. Наконец, принятая двухслойная схема, конечно, только грубо воспроизводит действительность. Лучший результат должна давать схема, предусматривающая наличие переходной зоны между турбулентным течением и вязким подслоем (теория Кармана — Шваба). [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...