Вихри Тейлора

Потеря устойчивости течения между двумя концентрическими цилиндрами приводит к появлению и росту вторичного течения (вихрей Тейлора). С увеличением числа Рейнольдса вихри Тейлора становятся неустойчивыми, и при втором критическом числе Рейнольдса устанавливается новый режим, в котором по вихрям Тейлора бегут азимутальные волны [225]. [c.144]

Рис. 3.33. Фотографии течения между концентрическими вращающимися цилиндрами, когда внутренний цилиндр вращается (отношение радиусов 0,88) [225] а — вихри Тейлора б — волны на вихрях в — первое появление случайности в волнах на вихрях г — азимутальные волны исчезли, течение турбулентное

Вихреисточник 218 Вихри Тейлора 364 Вихрь плоский 217 Высота вакуумметрическая 67 [c.433]

I - ламинарное течение без вихрей II - ламинарное течение с вихрями Тейлора III — турбулентное течение (х — = 6,6 м/с, О — = 3,3 м/с) [c.448]

В кольцевом зазоре между вращающимся и неподвижным цилиндрами при определенных условиях течения образуются вихри Тейлора (подробнее см. в гл. И). В диапазоне чисел Тейлора [c.448]

Эксперименты также показали, что в зоне устойчивого образования вихрей Тейлора (Та = 50...350) износ зависит от эксцентриситета е наружной поверхности вращающегося кольца (рис. 13.25). Стабильность вихрей Тейлора, препятствующих поступлению абразива к стыку пары трения, обеспечивалась до е = 0,45. При больших значениях эксцентриситета вихри Тейлора, по-видимому, разрушаются, так как изнашивание при этом протекает с той же скоростью, что и при отсутствии щелевой защиты. [c.448]

Вихри Тейлора между. [c.79]

Спонтанное нарушение симметрии — одна из фундаментальных идей современной физики. В гидродинамике классическими примерами потери симметрии в первоначально симметричном потоке могут служить вихревая дорожка Кармана, течение в нло-ском диффузоре или возникновение вихрей Тейлора между двумя вращающимися цилиндрами. Описание этих явлений можно найти в обычном курсе гидродинамики. [c.27]

Дж. Т. Стюарту, и прямая, соответствующая турбулентному течению, при котором Та 2. В целом имеются три различные области течения, которые посредством числа Тэйлора определяются следующим образом Та <41,3 ламинарное течение Куэтта 41,3 < Та < 400 ламинарное течение с вихрями Тейлора Та >400 турбулентное течение. [c.482]

Движение металлических частей относительно жидкости в кармане происходит с очень высокой скоростью, что приводит к возникновению режима развитой турбулентности с интенсивным образованием вихрей Тейлора. Обмену жидкости в полости способствует конусность наружной стенки. Могут быть приняты конструктивные меры для принудительного осевого движения жидкости в полость кармана и обратно, например размещение в полости тонкостенной цилиндрической направляющей оболочки, связанной с неподвижным корпусом. [c.89]

Макроскопические величины, такие как скорость, плотность, температура и концентрация химических веществ, являются непрерывными функциями точки, т.е. физическими полями. Поэтому формально такие поля имеют бесконечное число степеней свободы. Однако при появлении порядка или развитии структур возбуждается только конечное число степеней свободы. Особенно хорошо это видно на примере ячеек Бенара или вихрей Тейлора. Поэтому системы с упорядочением часто можно рассматривать как системы с конечным числом степеней свободы, они допускают моделирование (по крайней мере, численное) простыми динамическими системами. Напомним, что именно на примере описания конвекции жидкости были найдены странные аттракторы. [c.341]

Рис. 23.4. Волны модуляции на вихрях Тейлора в течении Куэтта между цилиндрами при вращении внутреннего цилиндра

В эксперименте наблюдалась следующая последовательность спектров мощности течения при увеличении Ке. При Ке 1200 реализуется течение, в котором на фойе вихрей Тейлора возбуждены азимутальные волны (границы вихрей изогнуты). Увеличение скорости вращения внутреннего цилиндра ведет к серии последовательных усложнений спектра, и при Ке и 1270 возникает уширение пиков на спектре мощности, соответствующее хаотизации течения. С ростом Ке эти пики продолжают уширяться, и наконец спектр становится почти сплошным. [c.507]

В [31] было высказано предположение, что подобные модели можно использовать для объяснения развития хаоса не только в гидродинамических системах (цепочка связанных друг с другом вихрей Тейлора, на которых возбуждены азимутальные моды ансамбль спиральных вихрей в пограничном слое на вращающемся конусе и др.), но и в электронных потоках. Последнее нашло подтверждение в экспериментах [32] с цилиндрическим кольцевым электронным пучком, дрейфующим в продольном постоянном магнитном поле. [c.527]

Возникновение диссипативных структур или высокоупорядоченных образований (рисунок 1.21), обладающих определенной формой и характерными пространственно-временными "размерами", связано со спонтанным нарушением симметрии и возникновением структур с более низкой степенью симметрии по сравнению с пространственно однородным состоянием. Это возможно только в условиях, когда система активно обменивается энергией и веществом с окружающей средой. Именно спонтанное нарушение симметрии приводит к образованию вихрей Тейлора, ячеек Бенара, эффекту полосатой или лятнисюй окраски животных, доменной структуре в твердых телах, спиргшевидиой структуре сколов кристаллов, периодическим химическим реакциям и т.н. [c.63]

Характер воздействия массовых сил на поток зависит от взаимного направления угловых скоростей цилиндрических поверхностей и от величины этих скоростей. При неподвижном внешнем цилиндре окружная скорость жидкости в зазоре увеличивается от нуля на поверхности внешнего цилиндра до скорости вращения поверхности внутреннего цилиндра (рис. 8.9, а). В этом случае массовая сила и производная dFldn имеют противоположные направления и, следовательно, поле массовых сил оказывает активное воздействие на поток. В такой системе под влиянием массовых сил возникают вихри Тейлора, имеющие форму торов (рис. 8.10, а). Соседние вихри вращаются в противоположных направлениях. [c.354]

Рис. 9.4. Система кольцевых вихрей в ааэоре между соосными цилиндрами, вращающимися с разной угловой скоростью (вихри Тейлора)

Аксиально-лопаточные завихрители. Даже при п = 0, когда геометрический угол остается постоянным по высоте лопатки, за аксиально-лопаточным,завихрителем формируется сложная газодинамическая структура. Каждый из межлопаточных каналов ограничен двумя парами криволинейных поверхности . Движение потока через канал двойной кривизны сопровождается воз-1Шкновением сложного поля массовых инерционных сил с радиальной и танген1щальной составляющими, которое может привести к образованию вихрей Тейлора—Гёртлера около вогнутых стенок и парного вихря в поперечном сечении канала. На выходе из завихрителя имеет место резко выраженная азимутальная неоднородность скоростного поля, поскольку на поверхности лопаток скорость равна нулю. При п = 0 изменяется величина радиального градиента давления, что в свою очередь влияет на формирование скоростного поля. [c.33]

Благодаря вращательной составляющей скорости и увеличению осевой скорости в пристенной области увеличивается градиент скорости около поверхности, увеличивается неоднородность скоростных полей, заметной становится радиальная составляющая скорости. Дополнительная энергия затрачивается на образование замкнутых циркуляционных течений в цриосевой области (если они имеются) а также на создание вихрей Тейлора Гфтлера около поверхности стенки. Возрастает и энергия турбулентных пульсаций. [c.132]

Закрутка потока приводит к существенному увеличению коэффициентов массоотдачи. Это обусловлено увеличением скорости закрученного потока в пристенной области по сравнению С осевым потоком, усилением массообменных процессов благодаря возникновению вихрей Тейлора — Гёртлера вблизи криволинейной поверхности и увеличению степени турбулентности. [c.158]

Закрутка потока в каналах способствует повышению интенсивности теплоотдачи по ряду причин за счет увеличения скорости потока относительно поверхности канала, появления вращательной составляющей, повышения уровня турбулентности в потоке и возникновения вихрей Тейлора-Тертлера в непосредственной близости от поверхности теплообмена. [c.188]

Следовательно, существенную роль в увеличении теплоотдачи закрученного потока по сравнению с осевым играет повышенная турбулентность потока и обменные процессы, обусловленные вихрями Тейлора—Гёртлера. [c.189]

Несмотря па многообразие конкретных проявлений временной синхронизации, все они состоят в согласованных между со- бой изменениях отдельных подсистем динамической системы с внешним периодическим воздействием, приводящих к периодичности изменения состояния вне зависимости от того, дискретная -эта система или распределенная. Явления пространственного порядка исслед01вапы гораздо меньше и используются не столь широко, как явления временной синхронизации. Более того, если явление временной синхронизации четко определено [89, 90], то в отношении пространственного порядка такого определения нет и все ограничивается относительно скромным набором конкретных, лишь отчасти, теоретически изученных, примеров ячеек Шелли-Холла и Бенара в конвективных течениях жидкости, вихрей Тейлора в вязкой жидкости между вращающимися цилиндрами и некоторых систем, в которых экспериментально наблюдается четкая пространственная структура устойч ивых само-возбуждающихся стоячих волн, вихрей Кармана за обтекаемым жидкостью телом, сокращений возбудимой мышечной ткани сердца, пространственпо ременных перестроек ансамблей биологических клеток и др. В последних случаях говорится не только о пространственном порядке, но и о пали ши определенной пространственной структуры и самоорганизации и в связи с этой трактовкой о синергетике как новой науке о самоорганизации [355, 356, 487]. [c.53]

Работы [395, 411, 569] интересны тем, что в них, по-видимому, впервые убедительно показано, что размерность аттрактора в некоторых гидродинамических системах может быть весьма небольшой. В указанных работах использовалась методика обработки данных эксперимента согласно процедуре Паккарда — Такенса. В [411] рассмотрено течение жидкости между двумя вращающимися концентрическими цилиндрами с отношением радиусов 0,875. Виды аттрактора в координатах F(i), F(i + t), где V t) — радиальная составляющая скорости жидкости, и соответствующие сечения Пуанкаре для ряда значений R/R (R — число Рейнольдса, пропорциональное угловой скорости вращения внутреннего цилиндра, R — критическое число Рейнольдса, при котором возникают вихри Тейлора) показаны на рис. 9.125, я и б (сечения Пуанкаре получены пересечением фазовых траекторий в трехмерном пространстве V t), F(i + t), F(i + 2t) с плоскостью, параллельной оси F(i + 2t) и проходя- [c.380]

Течение в лобовой части цилиндра, в том числе и в критической точке, может быть описано уравнениями ламинарного пограничного слоя, а пара-1летры на внешней границе определяются на основании анализа потенциального потока (по уравнению Эйлера) [1, 2]. В работе [3] для расчета теплопередачи и касательных напряжений в лобовой критической точке рассмотрено влияние на ламинарный пограничный слой вихревой ячеистой структуры, состоящей из парных вихрей с осями, параллельными образующим цилиндра, с вращающейся каждой парой вихрей в противоположных направлениях. В [3, 4] влияние турбулентности на теплоотдачу рассчитывалось на основании анализа в лобовой точке вихрей Тейлора—Гертлера, которые интенсифицируют теплообмен. В области смешанного обтекания расчетное определение чисел Nu возможно только для ср <[ 70° при дальнейшем увеличении ср возникают явления перехода и отрыва пограничного слоя, и учет этих явлений в теоретическом плане еще недостаточно разработан. [c.4]

Некоторые экспериментальные данные, по-видимому, подтверждают модель Рюэля—Тэкенса. Так, в спектрах мощности появляется сначала одна, затем вторая и, возможно, третья независимая частота. На пороге появления третьей частоты внезапно возникает широкополосный шум, который свидетельствует о переходе к хаотическому движению. Экспериментально исследовались как вихри Тейлора в жидкости между вращающимися цилиндрами [125], так и конвекция Рэлея—Бенара [5]. На рис. 7.32 из популярной статьи Суинни и Голуба [396] показаны спектры скорости жидкости для течения Куэтта (слева) и для конвекции Рэлея—Бенара (справа). В обоих случаях перед переходом к непрерывному спектру наблюдается сначала одна, а затем две независимые частоты и /з. Однако это зависит, вообще говоря, от начальных условий и иногда частоты/i и /а оказываются синхронизованными ). В другом эксперименте по течению Куэтта [158] наблюдались по крайней мере четыре независимые частоты. Это указывает на то, что переход к турбулентности происходит не всегда после двух бифуркаций Хопфа, как в модели Рюэля—Тэкенса. [c.481]

Когда речь идет об исследовании сложной динамики, возникающей в результате развития вторичных неустойчивостей на фоне, например, периодического движения, задача построения модовых моделей, непосредственно следующих из исходных уравнений, чрезвычайно усложняется. Здесь уже сама модель зачастую должна строиться с помощью вычислительной машины. Развитие каких-либо качественных представлений и построение теории на физическом уровне таким образом представляется затруднительным. В подобных ситуациях весьма полезными оказываются чисто феноменологические модели, основанные на элементарных физических представлениях и эксперименте. Одну такую модель мы сейчас обсудим [19]. Она построена для описания возникновения хаотической модуляции вихрей Тейлора в цилиндрическом течении Куэтта . [c.507]

Наиболее широко явления, связанные с самоорганизацией (возникновением пространственного порядка из беспорядка, образованием сложных пространственных структур в однородной среде и др.), начали обсуждаться в 50-60-е годы в связи с задачами химической кинетики и биологии. В частности, было дано качественное описание волн в сердечной мышце [1], модели морфогенеза [2], автокаталитической химической реакции Белоусова-Жаботинского [3]. Примерно в те же годы была построена теория структур в некоторых гидродинамических течениях (ячейки Бенара при термоконвекции, вихри Тейлора между вращающимися цилиндрами [4]). [c.513]

Зырянов [6] исследовал влияние стратификации на структуру топографических вихрей на /3-плоскости в восточных потоках. Он показал, что генерация бароклинных мод волн Россби ведет к инверсии завихренности в верхних слоях океана и, как следствие, к образованию инверсного конического вихря циклонического вращения над придонным конусом Тейлора-Хогга. Этот инверсный вихрь в обычных условиях сливается с придонным циклоническим вихрем-сателлитом, находящимся чуть ниже по течению. В результате образуется наклонный циклонический вихрь от поверхности до дна, который верхней частью накрывает конический топографический вихрь Тейлора-Хогга. Возникает явление накрытия топографического вихря [c.625]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...