Рейнольдса число с турбулизацией течения

На рис. 22 изображён (в логарифмическом масштабе) график зависимости >. от Круто спадающая прямая соответствует ламинарному режиму (формула (43,6)), а более пологая кривая (практически тоже близкая к прямой) — турбулентному течению. Переход с первой на вторую происходит по мере увеличения числа Рейнольдса в момент турбулизации течения, который может наступить при различных значениях Н в зависимости от конкретных условий течения (от степени [c.204]

При больших числах Гартмана сильное магнитное поле препятствует возникновению больших пульсаций, вызывающих перемешивание во всем объеме. Кроме того, неоднородное распределение по сечению электромагнитной силы приводит в первую очередь к турбулизации пристенных областей сечения канала. Постепенно с ростом числа Рейнольдса турбулизация, распространяясь к оси течения, охватывает все сечение канала. Профиль скорости перестраивается от более заполненного гарт- [c.71]

Аналитическое исследование ламинарной свободной конвекции для вертикальной пластины в среде неограниченного объема основано на предположении, что движение жидкости ограничивается тонким слоем, непосредственно прилегающим к поверхности. Чем больше число Грасгофа, тем достовернее это предположение. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими для стационарной естественной конвекции показывает, что при числах Ra > 10 экспериментальные зависимости значительно отклоняются от зависимостей Nu = / (GrV i). Такое отклонение является следствием турбулизации потока. Первоначально турбулентность зарождается на верхней части пластин, а затем, по мере увеличения числа Грасгофа (Gr), распространяется вниз по пластине. В гидродинамике критерием, характеризующим режим течения, является число Рейнольдса. [c.145]

На фиг. 43 приведены значения критических чисел Рейнольдса для пограничного слоя, когда = 0. При Re Re p, i происходит нарушение ламинарности течения пограничного слоя и начинается его турбулизация. При Re Re , в пограничном слое устанавливается развитая турбулентность. Область чисел Re от Re p 1 до Re 3,2 является переходной и характеристики слоя в ней весьма неустойчивы. Следует отметить, что при значительных возмущениях на входе (например, кромка конечной толщины с прямым срезом) весь пограничный слой может быть турбулентным практически при любых числах Re. [c.163]

В технических приложениях мы чаще всего сталкиваемся с задачами теплообмена, в которых происходит не изолированное развитие теплового пограничного слоя, а совместное развитие гидродинамического и теплового пограничных слоев. В литературе имеется несколько работ, посвященных решению этой задачи. Решения проводились преимущественно интегральными методами, так как в принципе эта задача подобна задаче теплообмена при развитии турбулентного пограничного слоя на наружной поверхности тела. Однако первая задача дополнительно осложняется тем, что на развитие турбулентного пограничного слоя сильно влияют условия на входе в трубу. Если вход в трубу выполнен в виде хорошо спрофилированного сопла, формирующего профиль скорости во входном сечении, близкий к однородному, и если на входе имеется турбулизатор пограничного слоя, то развитие полей скорости и температуры в начальном участке близко к расчетному. Такие условия на входе специально создаются в лаборатории, а на практике встречаются довольно редко. Если не проводить искусственную турбулизацию пограничного слоя, на стенке будет развиваться ламинарный пограничный слой. В зависимости от числа Рейнольдса и степени турбулентности главного потока ламинарный пограничный слой может стать стабилизированным прежде, чем произойдет переход к турбулентному пограничному слою. В промышленных теплообменниках вход в трубу выполнен обычно далеко не в виде сопла. Значительно чаще вход представляет собой внезапное сужение. Во многих теплообменниках перед входом в трубки имеются колена. В любом случае на входе происходят отрыв потока и интенсивное образование вихрей, распространяющихся вниз по течению. Это значительно интенсифицирует теплоотдачу по сравнению с теплоотдачей к развивающемуся турбулентному пограничному слою, когда турбулентные вихри образуются только на стенке трубы. [c.235]

Рис. 3. Влияние числа Рейнольдса на протяженность участков с ламинарным и переходным режимами течения при естественной турбулизации потока.

При сравнительно малых числах Рейнольдса (примерно до Re =10 ) в отводе, расположенном близко от плавного входа, пограничный слой ламинарен, поэтому при небольших Ло/ о имеет место ламинарный отрыв потока от стенок с внутренним закруглением. Критическое число Re, при котором начинается падение характеризуется переходом от ламинарного течения к турбулентному. Турбулизация оторвавшегося пограничного слоя, ведущая к усилению обмена количеством движения между отдельными частицами жидкости, вызывает сужение внутренней вихревой зоны и, как, следствие, расширение струи в этом слое (рис. 6-8). [c.262]

Турбулентность принадлежит к числу очень распространенных и, вместе с тем, наиболее сложных явлений природы, связанных с возникновением и развитием организованных структур (вихрей различного масштаба) при определенных режимах движения жидкости в существенно нелинейной гидродинамической системе. Прямое численное моделирование турбулентных течений сопряжено с большими математическими трудностями, а построение общей теории турбулентности, из-за сложности механизмов взаимодействующих когерентных структур, вряд ли возможно. При потере устойчивости ламинарного течения, определяемой критическим значением числа Рейнольдса, в такой системе возникает трехмерное нестационарное движение, в котором, вследствие растяжения вихрей, создается непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых границами течения. На условия возникновения завихренности и структуру развитой турбулентности оказывают влияние как физические свойства среды, такие как молекулярная вязкость, с которой связана диссипация энергии в турбулентном потоке, так и условия на границе, где наблюдаются тонкие пограничные вихревые слои, неустойчивость которых проявляется в порождении ими вихревых трубок. Турбулизация приводит к быстрому перемешиванию частиц среды и повышению эффективности переноса импульса, тепла и массы, а в многокомпонентных средах - также способствует ускорению протекания химических реакций. По мере накопления знаний о разнообразных природных объектах, в которых турбулентность играет значительную, а во многих случаях определяющую роль, моделирование этого явления и связанных с ним эффектов приобретает все более важное значение. [c.5]

Переходя к рассмотрению конкретных плоскопараллельных течений, начнем с плоского течения Куэтта с линейным профилем скорости U z)=Az, Первые попытки его изучения, предпринятые (с помощью не очень строгих математических методов) около 1910 г. рядом авторов (Орр, Зоммерфельд, Мизес, Хопф и др.) привели к выводу, что это течение является устойчивым при всех числах Рейнольдса. С одной стороны, этот вывод казался довольно естественным (так как Орром (1906—1907) было доказано, что при отсутствии вязкости течение Куэтта устойчиво,, а действие вязкости, естественно, предполагалось стабилизирующим) однако, с другой стороны, он явно противоречил эмпирическим фактам о турбулизации всех известных течений при достаточно больших числах Рейнольдса. [c.104]

Особенно примечательное явление, связанное с переходом течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, наблюдается при обтекании тела с тупой кормовой частью, например круглого цилиндра или шара. Из рис. 1.4 и 1.5 мы видим, что при числах Рейнольдса Fd/v,. равных для круглого цилиндра приблизительно 5 10 , а для шара приблизительна 3 10 , коэффициент сопротивления цилиндра и шара внезапно сильно уменьшается. Впервые это явление было обнаружено для шара Г. Эйфелем [ ]. Столь резкое уменьшение сопротивления объясняется возникновением в пограничном слое турбулентного течения. Турбулизация пограничного слоя,, т. е. возникновение в нем турбул (нтного перемешивания, значительна усиливает увлекающее действие внешнего потока по сравнению со случаем ламинарного пограничного слоя, и это приводит к перемещению точки отрыва назад, т. е. вниз по течению. Если для пограничного слоя, остающегося ламинарным на всем протяжении, точка отрыва лежит приблизительно на экваторе шара, то после турбулизации пограничного слоя она перемещается на довольно значительное расстояние назад, т. е. на заднюю половину шара. Вследствие этого область застойного течения позади тела значительно суживается и распределение давления приближается к распределению давления при течении без трения (см. рис. 1.10). Сужение же застойной области приводит к значительному уменьшению сопротивления давления, что дает о себе знать в виде скачкообразного понижения кривой = / (Ре) (см. рис. 1.4 и 1.5). Правильность такого объяснения подтвердил Л. Прандтль путем следующего опыта [Щ, Несколько впереди экватора шара, обтекавшегося потоком воздуха, он укрепил на поверхности шара тонкое проволочное кольцо. Наличие этого кольца вызвало искусственную турбулизацию пограничного слоя уже при умеренном числе Рейнольдса [c.50]

Плохо обтекаемые тела. С переходом течения в пограничном слое из ламинарного в турбулентное связано явление, которое особенно заметно у плохо обтекаемых тел, например у шара и круглого цилиндра. Из рис. 1.4 и 1.5 видно, что коэффициенты сопротивления круглых цилиндров и шаров, при числе Рейнольдса Ре = УZ)/v, равном приблизительно 3 10 , внезапно сильно уменьшаются. Это резкое уменьшение коэффициента сопротивления, которое для шара было впервые обнаружено Г. Эйфелем [ ], объясняется тем, что пограничный слой при указанном числе Рейнольдса становится турбулентным. Турбулизация пограничного слоя приводит к перемещению его точки отрыва от тела вниз по течению, т. е. ближе к заднему концу тела,, вследствие чего мертвая зона позади тела становится значительно более узкой. Правильность такого объяснения Л. Прандтль подтвердил следующим, опытом. На шар, немного впереди его экватора, было надето тонкое проволочное кольцо. Благодаря присутствию кольца турбулизация погра- ничного слоя наступала при меньшем числе Рейнольдса, чем без кольца. [c.418]

В ряде работ [6,15,39] отмечалось, что при увеличении интенсивности ультразвука скорость эккартовского потока перестает быть пропорциональной интенсивности. Было выполнено [34] и более подробное исследование этого явления наблюдалось постепенное изменение скорости потока в некоторой точке звукового поля по мере повышения интенсивности звука. На рис. 22 (кривая 1) показана зависимость скорости потока в воде на расстоянии 40 см от источника звука частоты 1,2 Мгц от амплитуды звукового давления вблизи источника. При звуковом давлении р 7 атм на расстоянии 40 см формируется пилообразная волна. Как видно из рисунка, при этом изменяется и характер зависимости скорости потока от интенсивности. В гл. 1 было показано, что теория Эккарта применима при малых акустических числах Рейнольдса, поэтому отконения от нее связаны не с турбулизацией акустического течения, как это предполагалось в работах [6, 39], а с искажением формы волны и неприменимостью теории при этих условия [c.125]

В ламинарных течениях частицы могут выступать как своеобразные дискретные турбулизаторы. Последнее проявляется в определенной дестабилизации, нарушении устойчивости ламинарного течения взвешенными частицами. Это приводит к раннему качественному изменению режима движения. При этом турбулентный режим наступает при числе Рейнольдса зачастую в несколько раз меньшем [Л. 40], чем Некр для чистого потока. Ю. А. Буевич и В. М. Сафрай, объясняя подобный дестабилизирующий эффект в основном межкомпонентным скольжением, т. е. наличием относительной скорости частиц, указывают на существование критического значения отношения полного потока дисперсионной среды к потоку диспергированного компонента, зависящего и от других характеристик, при превышении которого наступает неустойчивость течения. Подобная критическая величина может быть достигнута при весьма малых числах Рейнольдса. Отметим, что критерий проточности Кп (гл. 1) может также достичь высоких (включая и характерных) значений при низких Re за счет увеличения концентрации, соотношения плотностей компонентов и др. Согласно (Л. 40] нарушению устойчивости способствует увеличение размеров частиц и отношения плотностей компонентов системы. Отсюда важный вывод о возможности ранней турбулизации практически всех потоков газовзвеси и об отсутствии этого эффекта для гидро-взвесей с мелкими частицами или с рт/р 1 (равноплотные суспензии). [c.109]

При возрастании числа Re турбулентный режим в каждом сечении существует все более длительное время, и, наконец, поток становится стацио1[арно турбулентным. Появление турбулентных очагов наступает тем раньше, чем больше возмущеннй испытывает поток при входе в трубу. Если вход сделать плавным и устранить другие источники возмущений, то ламинарный режим можно получить при больших числах Re. Так были получены ламинарные режимы при Re = 20 ООО и даже при Re = 40 ООО. Однако такие затянутые ламинарные режимы оказывались неустойчивыми, т. е. внесение в поток даже очень малых возмущений приводило к турбулизации. Поэтому критическое значение числа Рейнольдса следует понимать как границу устойчивого ламинарного режима в том смысле, что при Re < Re p любые внешние возмущения, вносимые в поток, будут с течением времени затухать и поток сохранит ламинарный характер . При Re > [c.156]

Все изложенное относится к теории ламинарного пограничного слоя, которая находится во вполне удовлетворительном согласии с экспериментом и качественно подтверждается также имеющимися немногочисленными точными решениями уравнений Навье — Стокса. Однако на самом деле при повышении скоростей пограничный слой переходит в турбулентное состояние, что меняет весь режим течения (реальные струи, как правило, всегда турбулентны). Первоначально с этим явлением столкнулись в связи с экспериментальным исследованием коэффициента лобового сопротивления шара (Дж. Костанци, Л. Прандтль, Г. Эйфель). Оказалось, что при достижении чисел Рейнольдса порядка 10 дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к резкому падению коэффициента сопротивления шара примерно в два раза. Этому удивительному явлению дал объяснение Л. Прандтль Он показал, что при достижении указанных чисел Рейнольдса отрыв пограничного слоя вызывает его турбулизацию и последующее присоединение, что задерживает в целом отрыв потока от обтекаемого тела и тем самым резко снижает сопротивление ( кризис обтекания и сопротивления.) [c.298]

Рассмотрим планету, имеющую атмосферу, т.е. газовую оболочку, ограниченную снизу твердой подстилающей поверхностью, или самую внешнюю область газожидкой планеты. В атмосферных потоках значение числа Рейнольдса Ке обычно превышает Ке , я поэтому течения являются турбулентными. Турбулизация атмосферных течений возникает из-за их деформации при обтекании неровностей подстилающей поверхности, либо при потере гидротермодинамической устойчивости крупномасштабным потоком под воздействием повышенных значений градиентов температуры и скорости ветра. В свободной атмосфере основной причиной возникновения турбулентности является потеря устойчивости внутренних гравитационно-сдвиговых волн. Разрушение подобных волн может вызываться первичной или вторичной неустойчивостью. Первичная неустойчивость (неустойчивость Кельвина-Гельмгольца) развивается в сдвиговом слое между потоками с различными скоростями, если в большей части волнового слоя Ке<Ке . При вторичной неустойчивости поток в среднем устойчив, а [c.22]

Поэтому здесь вполне можно ограничиться изучением обычной задачи на собственные значения для уравнения Орра — Зоммерфельда (2.28). Первые попытки такого изучения, предпринятые (с помощью не очень строгих математических методов) около 1910 г. рядом авторов (В. Орр, А. Зоммерфельд, Р. Мизес, Л. Хопф и др.) в применении к плоскому течению Куэтта с линейным профилем скорости, привели к выводу, что это течение является устойчивым при всех числах Рейнольдса. Этот вывод казался, с одной стороны, довольно естественным (так как Орром (1906—1907) было доказано, что при отсутствии вязкости течение Куэтта устойчиво, а действие вязкости, естественно, предполагалось стабилизирующим) но, с другой стороны, он явно противоречил эмпирическим фактам о турбулизации всех известных течений при достаточно больших числах Рейнольдса. В начале 20-х годов Прандтль (1921) и Тить-енс (1925) рассмотрели вопрос об устойчивости течений с профилем скорости, составленным из отрезков прямых, и пришли к совсем неожиданному выводу, что при наличии вязкости такие течения будут неустойчивыми при любых (в том числе и сколь угодно малых) числах Рейнольдса. В те же годы появилась большая работа Гейзенберга (1924), посвященная исследованию с помощью метода малых колебаний устойчивости плоского течения Пуазейля. В этой работе с помощью тонкого исследования 1асимптотического поведения решения соответствующего уравнения ОрраЗоммерфельда при большом Ке (т. е. малом V) был получен казавшийся в то время парадоксальным (но оказавшийся тем не менее правильным) результат о том, что течение Пуазейля, которое при отсутствии вязкости будет устойчивым по отношению к малым возмущениям, в случае вязкой жидкости при достаточно больших числах Рейнольдса становится неустойчивым. Результат Гейзенберга, однако, долго вызувал серьезны сомнения, и доказательства устойчивости [c.125]

При теоретическом изучении упомянутой второй стадии турбулизации пограничного слоя, очевидно, необходимо учесть, что при сверхкритических числах Рейнольдса в плоскопараллельном течении будут существовать также и трехмерные (зависящие от у) неустойчивые волны, которые при достаточно большом Re—Re r могут даже оказаться наиболее быстро возрастающими (т. е. самыми неустойчивыми). Исходя отсюда, Дж. Стюарт (1962) рассмотрел поведение в плоскопараллельном течении возмущения с полем скорости вида [c.159]

Метод интенсификации определяется характером течения (однофазное или двухфазное, ламинарное или турбулентное и др.). Рассмотрим методы, интенсификации теплообмена только при турбулентном течении однофазного теплоносителя в прямых каналах. Для таких течений часто возникает идея интенсификации теплообмена путем искусственной турбулизации потока. Этого можно достигнуть закруткой потока, созданием в нем вихрей, отрывных зон и др. Но все эти способы связаны с увеличением гидравлических потерь в канале, поэтому важно иметь критерии для оценки целесообразности методов интенсификации теплоотдачи. Удобно сравнивать каналы, имеющие устройства для искусственной турбулизации потока, с такими же гладкими каналами без этих устройств. Тепловой и гидравлический расчеты теплообмекных устройств (см. гл. ХИ1) для выбранных типов и эквивалентных диаметров гладких каналов однозначно определят их размеры, числа Рейнольдса в них и температуры стенск. [c.229]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...