Вихревые кольца, взаимодействие

О потере азимутальной однородности сформировавшихся кольцевых вихрей, что соответствует нелинейной стадии развития возмущений в слое смешения, можно с некоторым приближением судить по поведению изолированного вихревого кольца. В самом деле известно, что вихревое кольцо в идеальной жидкости неустойчиво, причем число образующихся азимутальных волн определяется размером ядра вихря. Другая причина возможной потери азимутальной однородности вступает в действие при взаимодействии двух соосных кольцевых вихрей. Анализ показал [1.24], что расширяющийся передний кольцевой вихрь в меньшей мере, а сжимающийся задний - в гораздо большей мере чувствителен к радиальным возмущениям, следствием чего является более ранняя потеря им азимутальной однородности (рис. 1.3,6). [c.25]

Задача о взаимодействии вихревой пары со свободной границей представляет значительно большие трудности даже для точечных вихрей. В статье [237] проведен детальный численный анализ этого процесса. Установлено, что в зависимости от значения числа Фруда Fr к/Vg , характеризующего влияние силы тяжести на деформацию свободной поверхности, возможны различные ситуации. Для значений Ff > 1 вихревая пара имеет значительную начальную скорость, движется практически прямолинейно и, приблизившись и свободной поверхности, выпрыгивает из воды. Аналогичные результаты получены экспериментально (12) для осесимметричного случая вихревого кольца. Для значений Fr - имеет место Промежуточная стадия, сопровождаемая генерацией поверхностной волны. И, наконец, при Fr < 1 движение вихревой пары не отличается от [c.168]

Предметом основного внимания в данной главе будут осесимметричные вихревые кольца, взятые в процессе их взаимодействия. Несмотря на подобное ограничение, в этих задачах можно встретить значительное разнообразие различных физических ситуаций. Прежде всего это относится к совмещенным концепциям порядка и хаоса в гамильтоновых динамических системах. [c.179]

Как и при взаимодействии плоских вихревых структур, в пространственном осесимметричном движении весьма вероятны неупорядоченные хаотические ситуации. В данном параграфе рассмотрим общие положения движения системы из N коаксиальных вихревых колец, а также детально ситуацию, когда взаимодействуют два коаксиальных вихревых кольца произвольных начальных параметров. [c.191]

Влияние относительной толщины вихревых колец. Известно, что на скорость движения изолированного вихревого кольца влияет относительный размер его ядра п=а/Я. Однако вопрос о том, как относительная толщина колец влияет на взаимодействующую систему, ранее глубоко не исследовался. Рассматривалось такое влияние лишь на относительные параметры взаимодействия [121]. [c.206]

Взаимодействие с плоской стенкой. При определенном типе симметрии твердых границ поведение вблизи них вихревого кольца можно рассматривать как результат взаимодействия нескольких колец, причем [c.208]

В работе[39] показано, как при помощи преобразования инвариантов (4.32) и (4.33) к специальному виду можно исследовать задачу о взаимодействии вихревого кольца с твердой границей, рассматривая по существу взаимодействие двух колец. [c.209]

Взаимодействие со сферой. Рассмотрим еще один пример движения вихревого кольца вблизи твердых границ, а именно движение кольца в жидкости, ограниченной внутри сферической поверхностью. Причем оси кольца и сферы лежат на одной линии. [c.210]

Первый ( арочный )тип структур показан на рис. 93, а,б,е. Вначале после взаимодействия капли со свободной поверхностью образовывается вихревое кольцо. В дальнейшем оно порождает в себе новые кольца меньш О диаметра, которые движутся с большой скоростью. При этом сплошность первого основного кольца не нарушается. Образование новых колец объясняется как неустойчивостью движения, так и неравномерной концентрацией подкрашивающих частиц внутри жидкости капли. [c.228]

Если открыть кран на краткий промежуток времени, то образуется резко ограниченная область подкрашенной жидкости. Ее первоначальная форма благодаря действию трения и вовлечению покоящейся бесцветной жидкости окончательно трансформируется в движущееся вихревое кольцо. Процесс образования кольца схематически показан на рис. 97 (2 — 5), где приведена схема (3) сворачивания струи в кольцо. В покоящейся жидкости образовываются два типа течения. Первое, обозначенное стрелками Л и А, генерируется поступательным движением подкрашенной области твердого тела второе, обозначенное стрелками Си/), обусловлено трением. Образование спиралевидной вращательной поверхности есть необходимое следствие взаимодействия этих течений. [c.237]

Электросчетчики ватт-часов (Рис. 14.18) применяют для измерения потребляемой электроэнергии от электросетей переменного тока в домах и на производстве. Легкий алюминиевый диск, который может свободно вращаться в горизонтальной плоскости, своим краем проходит через воздушный зазор с магнитным полем, пересекая магнитный поток, создаваемый током, протекающим через нагрузку. Одновременно этот диск пересекает магнитный поток, создаваемый разностью потенциалов на нагрузке. Магнитный поток, определяемый напряжением на нагрузке, при помощи медного кольца смещен по фазе точно на 90° по отношению к потоку, определяемому током через нагрузку. Так как в нагрузке ток и напряжение переменные, то и магнитные потоки, создаваемые ими, являются также переменными, поэтому в алюминиевом диске индуцируются вихревые токи. Взаимодействие между этими токами и магнитными полями, в которых они расположены, заставляют алюминиевый диск вращаться. Средний [c.225]

Исследования показали, что при кольцевом (периферийном) вводе потока в аппарат движение жидкости значительно сложнее, чем при обычном боковом. Струя, поступая в кольцо и взаимодействуя со стенкой корпуса аппарата, разделяется на две части, обтекает эту стенку и устремляется по инерции в противоположный конец кольца. Отсюда через щели в стенке корпуса аппарата она выходит в его полость. При этом создаются условия для двойного винтового (вихревого) движения (рис. 8.8, а). В результате распределение скоростей по сечению рабочей камеры аппарата получается неравномерным (Ai = 1,8-н2, табл. 8.3). Закручивание потока столь значительное, что сохраняется даже после установки в начале рабочей камеры плоской решетки. Поэтому и за решеткой неравномерность распределения вертикальных составляющих скоростей не устраняется (Л = = 1,5- 2,0). Только после наложения на плоскую решетку спрямляющего устройства в виде ячейковой решетки, устраняющей закручивание потока, достигается практически полное выравнивание скоростей по всему сечению (М — 1,08ч-1,10). Опыты показывают, что установка одного спрямляющего устройства без плоской решетки неэффективна (см. рис. 8.8, б), так как вследствие малого сопротивления это устройство не может выравнять скорости по величине. [c.213]

Вода со стороны С детали А подводится к кольцевому каналу, из которого через тангенциальные каналы поступает в вихревую камеру К, где приобретает вихревое движение. Затем струя воды через центральное отверстие проходит в трубопровод в виде кольца, ограниченного с наружной стороны окружностью отверстия, а с внутренней — наружным диаметром парового вихря, образующегося и находящегося в центре выходящей струи воды. Взаимодействие водяного кольца с паровой вихревой струей на выходе из форсунки приводит к распылению воды. [c.450]

Возможность приведения уравнений движения к гамильтоновым отмечается в современных работах [5, 30, 8]. Известных интегралов движения достаточно для интегрируемости системы в случае двух вихревых колец. Классификация их взаимодействия, когда вихри движутся как в одном направлении, так и навстречу друг другу, полученная с помощью численного интегрирования уравнений движения, приведена в [8, 7, 28]. Когда имеется три кольца, то существующих интегралов уже недостаточно для полной интегрируемости. Хаотическое поведение такой системы подтверждается результатами численных экспериментов [16]. Обширный обзор результатов [c.368]

Одним из важных параметров, характеризующих движение системы, является период обращения колец Т. На рис. 76 представлена зависимость периода обращения системы двух коаксиальных одинаковых вихревых колец от начальных отношений Значения периодов отнесены к периоду обращения T лля системы, у которой / о/ао 1(Ю. Как видно, существенные изменения в периоде обращения наблюдаются при уменьшении относительной толщины колец менее <0,01, т.е. когда взаимодействуют очень тонкие кольца. В диапазоне изменений значений 0,01 <Н а <0,1 толщина колец слабо сказывается на периоде обращения. [c.207]

Вихревое кольцо 186 Вихревое ядро, вращающееся как твердое тело 182 Вихревые кольца, взаимодействие-—186 Вихрь, величина напряжений всех образующихся в одну сечунду—191 Вихрь, напряжение--166, 182 [c.221]

Рассмотрим механизм энергопереноса крупными вихрями более подробно. Вследствие радиального фадиента осевой скорости возникают тороидальные вихри, в которых локализуется энергия осевого движения как приосевого, так и периферийного потоков. Под воздействием гироскопического эффекта эти вихри разворачиваются относительно своей криволинейной оси и взаимодействуют с окружным движением, создавая положительный фадиент избыточного давления, что приводит к смещению их на периферию и к последующей диссипации. Для изменения направления момента импульса элемента вихревого кольца необходима энергия, производимая моментом сил. Очевидно, таким моментом может являться вязкий момент сил трения, возникающий между вращающимися приосевым и периферийным вихря- [c.132]

Некоторое сходство с вихревой парой имеет вихревое кольцо, именно — в отношении взаимодействия отдельных элементов кольца и обу-с ювливасмого этим собственного движения кольца. Однако интегрирование в этом случае значителыю сложнее. Поступате.мь на скорость оказывается большей, чем у вихревой пары, и именно тем болыпе, чем меньше диаметр вихревого ядра. Если диаметр кол ,ца обозначить через D, а диаметр ядра — через d (фиг. 145), то вычисление дает лля поступательной скорости величину [c.186]

Можно продемонстрировать относительно большую величину скорости, возникающей в центре вихревого кольца, по сравнению с с( бственной скорос1ью его движения, если на оси кольца помести1ь, например, горящую спичку. При прохождении вихревого кольца она обычно тухнет. Если удары следуют один за другим, то получается )яд ь-олец и можно наблюдать их взаимодействие ( игру вихревых колец). Переднее из двух [c.259]

Теоретические исследования движения осесимметричных вихревых структур в идеальной жидкости, выполненные в прошлом столетии, позволили установить аналитическую формулу для скорости вихревого кольца (вызвавшую, согласно (69), много споров), обнаружить предельный случай — сферический вихрь Хилла [144] — и тщательно исследовать установившиеся движения одиночного кольца немалого поперечного сечения (121). Вновь возникший интерес к проблеме взаимодействия вихревых структур в настоящее время объясняется стремлением более глубокого проникновения в природу различных гидродинамических явлений, а также их описания и понимания не с точки зрения параметров макродвижения, а при [c.178]

Это и есть второй инвариант движения. Здесь слагаемые, находящиеся под знаком суммы, выражают ( с точностью до постоянного множителя ) кинетическую энергию жидкости, обусловленную изолированными вихревыми кольцами, а функция (/ — кинетическую энергию взаимодействия колец. Запись закона сохранения кинетичес кой энергии в виде (4.30) справедлива только в рамках модели идеальной жидкости [221 ]. [c.196]

Рис. 65,6 позволяет сделать некоторые выводы о применимости модели идеальной жидкости для качественных оценок движения системы колец. Здесь для сравнения с теоретическими кривыми, вычисленными по (4.32) и (4.33), приведены результаты тщательно проделанной эксперименгальной работы [260], в которой исследовалось взаимодействие двух дымовых колец р 1, Со 1 23 в воздухе при Не 1710. После/ звательное положение радиусов колец, полученных в эксперименте, обозначено одинаковыми цифрами для одних и тех же моментов времени. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало, что движение системы по крайней мере в течение первой четверти периода обращения удовлетворительно описывается в рамках модели идеальной жидкости. В дальнейшем начинает сказываться влияние вязкости, уменьшаются период обращения колец и максимальное расстояние между ними. Тем не менее качественно картина одного полного обращения колец при указанных числах Яе удовлетворительно предсказывается теорией идеальной жидкости. Любопытно отметить, что первоначальные эксперименты (178) с двумя вихревыми кольцами в жидкости полностью опровергали традиционные представления о чехарде колец. [c.200]

Если обмотка возбуждения тормозной машины включена в цепь постоянного тока, в машине возникает неподвижное многополюсноё магнитное поле. При вращении ротора стержни его короткозамкнутой обмотки пересекают неподвижное магнитное поле, вследствие чего в них возникает электродвижущая сила и вихревые токи, замыкающиеся через торцовые кольца ротора. Взаимодействие токов в стержнях ротора с неподвижным магнитным полем статора создает тормозной момент, величина которого зависит от скорости вращения и силы тока в обмотке возбуждения, а направление всегда обратно направлению вращения ротора тормозной машины. При соответствующем значении тока в обмотке возбуждения тормозной момент машины так нагружает электродвигатель лебедки, что при спуске любого груза можно снизить скорость вращения, включив в цепь его ротора реостат. [c.116]

Обмотка возбуждения питается постоянным током. Когда в обмотке течет ток, в воздушном зазоре между иолю-сами статора образуется неподвижное мпогополюсное магнитное поле. При вращении ротора стержни его коротко-замкнутой обмотки пересекают неподвижное магнитное но.те, вследствие чего в них возш1кают вихревые токи, за.мь/каюшнеся через торцовые кольца ротора. Взаимодействие токов в стержнях ротора с неподвижным магнитным полем статора создает тормозной момент до 200 Н-м, зависящий от частоты вращения и силы тока в обмотке возбуждения, а направление его всегда обратно направлению вращения ротора генератора. [c.184]

Значения давлений и скоростей рабочего тела в различных элементах проточной части ТНА даже на установившемся, расчетном режиме работы распределяются неравномерно. На выходе из колеса насоса имеется высокая степень пульсации давления в потоке, вихревое взаимодействие с потоком в боковой пазухе насоса. В открытых и полуоткрытых центробежных колесах и импеллерах пульсации и неравномерность давления сушествуют в радиальном направлении. Пульсации давления, возбуждаемые в потоке любым элементом гидравлического тракта, передаются в соседние полости, усиливаясь или ослабевая, и оказьшают существенное влияние на работу узлов, устройств насосного агрегата и на их динамические характеристики. Например, пульсации давления, возникающие при вращении лопаток импеллера, вызывают колебания давления в полостях щелевого уплотнения с плавающим кольцом и нарушают его устойчивую работу, влияют на направление потока жидкости, охлаждающего подшипник, а также значение и характер осевой и радиальной сил, что изменяет нагрузку на ротор и его опоры. Это влияние приводит к нерасчетному режиму работы элементов ТНА, изменяет характеристики и работоспособность агрегата в целом. [c.266]

Движение колец водном направлении. Картина взаимодействия двух одинаковых вихревых колец качественно описана Г.Гельмгольцем [135]. При движении колец в одном направлении она заключается в попеременном проскакивании (чехарде) одного кольца внутри другого. Радиус впереди движущегося кольца увеличивается, при этом скорость его уменьшается. Следовавшее за ним кольцо, наоборот, сужается и, согласно (4.11), скорость его увеличивается. После про-скакивания кольца меняются местами и их схема движения периодически повторяется. Если два совершенно одинаковых кольца движутся навстречу друг другу, то при их сближении будет наблюдаться увеличение радиусов. Кольца не смогут проскочить одно внутрь другого, а скорости их асимптотически стремятся к нулю при увеличении времени. [c.197]

Анализ этого вопроса на тестовом примере движущихся в одном направлении двух колец одинаковой завихренности и начальных радиусов рассмотрен в [21]. ]Хифференциальные уравнения, описывающие взаимодействия вихревых колец (4.27) получены в предположении, что Я/а 1. Поэтому рассмотрим относительную толщину кольца л 0,1 в качестве нижнего предела исследований. Фактически таким же значением относительной толщины рекомендовал ограничиться и Ф.Дайсон [ 21]. [c.206]

Отметим, что приведенные результаты могут служить в качестве оценок при описании начальной стадии взаимодействия вихревых колец в реальной жидкости с учетом конечности сечения их ядер (в экспериментах, как правило, наблюдаются кольца с отношениями / ОоОт40 до 10). [c.208]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...