Течение в следе свободный вихревой слой

В последние 3-4 десятилетия произошли существенные изменения в понимании природы турбулентности в свободных струях, слоях смешения, следах и пристеночных течениях, связанные с открытием крупномасштабных когерентных структур. Когерентные структуры - это крупномасштабные периодические вихревые образования, которые возникают вследствие неустойчивости слоев смешения, развиваются и взаимодействуют друг с другом на фоне мелкомасштабной турбулентности. Эти структуры имеют масштабы, соизмеримые с поперечным размером слоя смешения, и характеризуются достаточно большим временем существования. Интерес к изучению когерентных структур обусловлен их важной ролью в процессе турбулентного перемешивания, горения и генерации аэродинамического шума. Наиболее важным аспектом существования этих структур в струйных течениях является возможность управления турбулентностью с помощью прямого воздействия на эти структуры. [c.7]

С точки 5 вдоль направления нормали к границе, направленной внутрь области, сходит первый свободный вихрь интенсивностью уь равной циркуляции присоединенного вихря, расположенного в точке 5. Заметим, что определение точки отрыва вихревого слоя с гладкой поверхности является проблемой. Она решается достаточно сложно с учетом вязкости и с привлечением уравнений пограничного слоя. Выдвинем в качестве гипотезы следующее кинематическое условие для отрыва потока отрыв вихревого слоя осуществляется между расчетными точками с разными знаками тангенциальной составляющей скорости. Строго говоря, отрыв должен происходить по касательной к поверхности. Однако, в силу дискретности модели это осуществить не удается, поскольку оторвавшийся вихрь может вылететь за границу области течения. Поэтому первый свободный вихрь помещается над точкой отрыва 5 на расстоянии равном шагу дискретности к 2. Затем он движется по траектории жидкой частицы. Возможно, что с течением времени точка 8 будет менять свое положение и соответственно в каждый момент времени необходимо ее расположение определять заново. Естественно предположить, что при значительном увеличении I точка 8 уже не будет плавать . [c.583]

Таким образом, моделирование донной области прп дозвуковом течении, по-видимому, должно учитывать по крайней мере два важных момента. При отрыве потока имеется тенденция к формированию свободного пограничного слоя. Поэтому существенным элементом модели должно быть определение изменения статического давления вниз по потоку, которое, в основном, будет таким же, как и при течении за уступом. Статическое давление в месте отрыва тесно связано с донным давлением, но после перемешивания следа статическое давление приближается к его значению в основном потоке. Для определения параметров следа необходимо также рассчитать область течения, включающую в себя отрывную зону и вихревую дорожку. [c.230]

Рассматриваемый тип движения газовых пузырьков в жидкости соответствует области 2 рис. 5.6. В этой области строгий анализ требует, вообще говоря, решения полного уравнения Навье—Стокса (1.4г) или (1.4д). Однако интерпретация границы сферического пузырька как свободной поверхности жидкости с нулевым касательным напряжением на ней позволяет использовать следующий приближенный подход. При обтекании газового пузырька чистой (без поверхностно-активных веществ) жидкостью, как уже отмечалось, практически отсутствует зона отрыва потока от поверхности раздела фаз (в отличие от обтекания твердой сферы, которое при Re > 1 сопровождается отрывом потока практически сразу за ее миделе-вым сечением). В силу этого вихревое движение локализуется в весьма тонком пограничном слое на поверхности обтекаемого пузырька и в следе за пузырьком. Во всей остальной области течение может рассматриваться как потенциальное. Толщина пограничного слоя 5 на границе пузырька радиуса а по порядку величины должна [c.216]

Из теоремы Лагранжа следует, что в идеальной жидкости, находящейся под действием объемных сил с однозначным потенциалом и движущейся баротропно, не может быть вихрей, так как нет условий для их образования. Можно сказать и наоборот, что, если вихри путем нарушения ранее перечисленных условий были созданы в идеальной жидкости, то они уже не смогут исчезнуть, и движение сохранит свою вихревую структуру. В действительности приходится постоянно наблюдать как образование, так и исчезновение вихревых движений.. Главной причиной этих явлений служит неидеальность жидкости, наличие в ней внутреннего трения. Как уже ранее упоминалось, в практически интересующих нас случаях внутреннее трение играет роль лишь в тонком пограничном слое на поверхности обтекаемого тела и в аэродинамическом следе тела, т. е. в жидкости, которая прошла сквозь область пограничного слоя и образовала течение за кормой обтекаемого тела. Здесь, в тонком пограничном слое и образуется завихренность жидкости. Иногда в следе за телом завихренность быстро угасает, и поток в достаточном удалении за телом становится вновь безвихревым. В других случаях сошедший с поверхности тела слой завихренной жидкости распадается на отдельные вихри, которые сносятся уходящим потоком и сохраняются даже на сравнительно больших расстояниях от тела. Таковы, например, отдельные вихри, наблюдаемые в виде воронок в реках за мостовыми быками , или пыльные смерчи, возникающие в ветреную погоду. Внутреннее трение не является единственной причиной возникновения вихрей. Так, в свободной атмосфере вдалеке от твердых поверхностей возникают непосредственно в воздухе грандиозные вихри — циклоны и антициклоны. Причиной этих вихреобразований служит отклонение движения воздуха [c.213]

Модель радиальных потоков [ 10, 30-321 состоит в том, что за основу в вихревом течении принимается разделение двух потоков энергии потока кинетической энергии, направленного от центра к периферии, и потока тепла, направленного в противоположную сторону. Исходный газ в завихрителе термотрансформатора (см. рис. 6.1) создает интенсивный круговой поток, вращающийся по закону свободного вихря. По мере продвижения вдоль вихревого течения этот поток за счет сил внутреннего трения перестраивается в вынужденный вихрь, в результате чего происходит уменьшение круговых скоростей внутренних слоев и увеличение угловых скоростей внешних слоев. Это создает возможность перехода кинетической энергии от центра к периферии. В то же время за счет более высоких значений статической температуры у периферии вихря, по сравнению с центральными слоями, существует поток тепла, имеющий направление, противоположное кинетической энергии. Тепловой по гок по своей величине не в соетоянии компенсировать приосевым слоям потери кинетической энергии. Это и является основной причиной, объясняющей охлаждение центральных и нагрев периферийных слоев вихревого течения. Из модели Хилша-Фултона следует, что максимальный холодильный эффект будет иметь место возле дросселя термотрансформатора (см. рис. 6.1). Однако экспериментальные данные 6, Н, 9, 32, 37] указывают на максимум эффекта охлаждения ГЕОтока на выходе из диафрагмы. [c.158]

В заключение этого параграфа в качестве примера сложного поведения течения при росте числа Рейнольдса перечислим бифуркации следа за перпендикулярным набегающему потоку цилиндром кругового сечения (ср. Морковин (1964)). При Re lO происходит смена устойчивости и вместо монотонного плавного обтекания за цилиндром образуется пара стационарных вихрей. При Re > 40 эти вихри начинают поочередно отрываться от цилиндра,, замещаясь новыми вихрями, и уплывать вниз по течению, образуя вихревую дорожку Кармана, При Re > 100 вихри заменяются быстро турбулизирующимися областями поочередно отрывающихся пограничных слоев. При Re > 10 пограничные слои турбулизируются еще до отрыва, точка отрыва продвигается вниз по течению,, турбулентный след сужается и сопротивление уменьшается кризис сопротивления). При Re lO турбулентный след расширяется и сопротивление растет. Наконец, при Re lO след начинает колебаться, как целое. При наличии у жидкости свободной поверхности все эти явления могут видоизменяться, и на них еще наложатся так называемые корабельные волны. В стратифицированной жидкости все они будут сопровождаться генерацией различных видов внутренних волн. [c.123]

Движения в пограничном слое. Применение дыма для придания ВИДИМОСТИ движениям воздуха неудобно тем, что вскоре наступает полное перемешивание дыма с воздухом, особенно в вихревых областях. Поэтому этот способ не дает возможности наблюдения более подробных деталей течений. Для получения таковых Рябушинский пользовался следующим способом. Исследуемые модели (цилиндрические тела с различ-ными формами поперечного сечения прикреплялись своим основанием к тонкой железной пластинке, выкрашенной в черный цвет. На эту железную пластинку насыпался очень легкий светложелтый порошок (ликоподий). При обдувании тела потоком воздуха, пар ллельным пластинке, и одновременном постукивании по пластинке легким молоточком светложелтый порошок располагался по линиям тока, и в результате на черной nna THHKt получался светложелтый рисунок, в общих чертах дававший представление о спектре линий тока обтекаемого тела. Однако, следует иметь в виду, что при таком способе получения спектра линий тока натекающий Боздуч подвергается влиянию железной пластинки, и поэтому полученный спектр дает, строго говоря, картину состояния течения только в заторможенном пластинкою пограничном слое, в котором направления скоростей значительно отличаются от направления скоростей в свободном течении. [c.271]

В настоящее время наблюдается стремительный прогресс в понимании физических явлений, обусловленных взаимодействием вихревых структур [92,224,251] Экспериментально открытые когерентные структуры [147]— крупномасштабные вихревые образования в свободных сдвиговыхтечсниях(струях и следах), в тонкой зоне течений на поверхностях раздела и в пограничных слоях — заставили в значительной степени изменить оценку возможностей классической статистической теории турбулентности и обратиться к детерминированным моделям переноса зав хренности и энергии по каскаду волновых чисел. Взаимодействия вихрей существенно влияют на природные процессы в атмосфе- [c.3]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...