Возникновение вихрей в жидкост

Введение понятия о вихревом слое дает ключ к объяснению возникновения вихрей в жидкости. По теореме Лагранжа (см. 3 этой главы), если в начальный момент времени в идеальной жидкости не было вихрей, то их не будет во все время движения. В действительности же мы видим, что при условиях, близких к условиям теоремы Лагранжа (постоянство плотности, малая вязкость жидкости, наличие потенциала у действующих сил), вихри в жидкости возникают. Если допустить, что на поверхности тела, обтекаемого жидкостью, образуется вихревой слой, то не трудно представить себе, что при неустойчивости этого слоя от него могут отрываться вихри, как это часто имеет место в действительности при движении тела в жидкости. [c.205]

Возникновение вихрей в жидкости 162, 205 Волны 36 [c.578]

Теория идеальной жидкости, не учитывающая наличия трения, естественно, не могла объяснить возникновения вихрей в набегающем на тело безвихревом потоке. Для того чтобы, оставаясь в рамках теории идеального безвихревого потока, определить величину воздействия [c.277]

Возникновение циркуляции по замкнутому контуру или возникновение вихрей в условиях течения идеальной несжимаемой жидкости при массовых силах, обладающих потенциалом, невозможно, как следует из теоремы Гельмгольца. [c.135]

Теория идеальной жидкости, не учитывающая наличия трения, естественно, не могла объяснить возникновения вихрей в набегающем на тело безвихревом потоке. Для того чтобы, оставаясь в рамках теории идеального безвихревого потока определить величину воздействия потока на помещенное в него тело, Жуковский заменяет крыло некоторые воображаемым жидким крылом, ограниченным замкнутой линией тока, и предполагает, что внутри этого жидкого крыла происходит движение с особенностью — вихрем, имеющим интенсивность, равную сумме интенсивностей вихрей, которые образовались бы на самом деле в тонком слое на поверхности тела при обтекании его реальной жидкостью. Такой вихрь Н. Е. Жуковский назвал присоединенным. Интенсивность присоединенного вихря, или, что то же, циркуляцию скорости по контуру, охватывающему крыловой профиль, можно было бы вычислить при помощи теории движения реальной жидкости в пограничном слое, а по теории идеальной жидкости только при помощи некоторого дополнительного допущения. По такому пути, как мы уже знаем, пошли ( 45) Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин, выдвинувшие постулат [c.244]

Изложенные выше теоретические исследования исходили из предположения о наличии в жидкости сформировавшихся локализованных или распределенных вихревых образований. Дальнейшая их эволюция описывалась уравнениями Гельмгольца, что позволило получить хорошее количественное согласование с имеющимися экспериментальными данными. Однако при этом совершенно не затрагивался вопрос об образовании вихревых структур — вопрос, представляющийся и сегодня одним из самых сложных в вихревой динамике. Сложность здесь заключается, в первую очередь, в построении адекватной модели, позволяющей объяснить возникновение вихрей в первоначально покоящейся жидкости и в ее согласовании с требованиями теоремы Лагранжа для идеальной жидкости. [c.222]

Таким образом, мы видим, что возникновение циркуляции всегда связано с образованием вихрей в потоке жидкости или газа. [c.105]

Следует, однако, иметь в виду, что течений жидкости, строго отвечающих условиям потенциальности, в природе и технике не встречается. Представление о безвихревом характере движения является идеализацией, которая лишь с большей или меньшей степенью достоверности воспроизводит отдельные классы реальных течений. И тем не менее эта идеализация имеет важнейшее не только теоретическое, но и прикладное значение. Оно обусловлено тем, что вязкость жидкости, являющаяся первопричиной (для несжимаемой жидкости единственной) возникновения вихрей, проявляется, как правило, в ограниченных областях вблизи твердых поверхностей или в относительно узкой полосе за обтекаемым телом. В остальной части потока его завихренность может оказаться настолько малой, что поток можно считать потенциальным. Разумеется, встречается немало случаев, когда поток является сплошь завихренным и ни в какой его части влияние вязкости нельзя считать малосущественным. Такой поток может быть рассчитан только методами теории вязкой жидкости. Однако в тех случаях, когда допущение о потенциальности обосновано, его использование может значительно облегчить решение основной задачи гидродинамики. К числу таких случаев относится, например практически важная задача об обтекании твердых тел безграничным потоком (так называемая внешняя задача гидроаэродинамики). [c.225]

Вихри возникают и при движении жидкости в пограничном слое на стенках колеса из области повышенного давления на напорной стороне лопасти в область пониженного давления на всасывающей стороне смежной лопасти. Это приводит к образованию вторичных токов и так называемых концевых вихрей (рис. 30,6). Возникновение этих вихрей в известной мере ана [c.90]

Пространственному движению в пограничном слое обязательно соответствует некоторое вторичное течение в основном потоке, которое может быть найдено, если известно движение в пограничном слое. Для этого следует применить известное свойство вихревого движения жидкости (которым в данной задаче воспользовался Н. Е. Жуковский) движение вязкой жидкости в каждый момент времени можно рассматривать как движение идеальной жидкости при наличии известной завихренности в пограничном слое у твердых границ потока. При этом в отличие от описанных ранее вихревых моделей движения используется только одно условие сохранения вихря в каждый момент времени (вторая теоре 5а Гельмгольца) возникновение же и развитие вихрей объясняется трением жидкости в пограничном слое. В силу установленного пространственного характера пограничного слоя вихревые линии в нем не перпендикулярны ю скоростям внешнего потока, чему и соответствует вторичное течение, подобное указанному на рис. 148, б. [c.443]

Несмотря на многообразие местных сопротивлений, в большинстве из них изменение скоростей движения приводит к возникновению вихрей, которые для своего вращения используют энергию потока жидкости (см. рис. 5.1, б). Таким образом, основной причиной гидравлических потерь напора в большинстве местных сопротивлений является вихреобразование. Практика показывает, что эти потери пропорциональны квадрату скорости жидкости, и для их определения используется формула Вейсбаха (3.15). [c.56]

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]

Физическая причина возникновения циркуляции связана с наличием трения (вязкости) в жидкости. Как уже неоднократно упоминалось ранее, в реальной жидкости, обладающей внутренним трением, частицы, проходящие в непосредственной близости к поверхности профиля, образуют тонкий пограничный слой. В этой области резко проявляется неидеальность жидкости, движение жидкости будет вихревым, причем интенсивность вихрей может достигать больших значений, так как скорость частиц в пограничном слое резко меняется от нуля на поверхности обтекаемого тела до величины порядка скорости на бесконечности на внешней границе слоя. Так, например, на крыле самолета максимальная толщина пограничного слоя не превосходит нескольких сантиметров, в то время как разность скоростей на поверхности крыла и на внешней границе пограничного слоя достигает величины 100—200 лг в секунду. [c.277]

При рассмотрении плоского обтекания цилиндрического крыла бесконечного размаха уже указывалось, что на самом деле нельзя полностью пренебрегать наличием в жидкости трения. За счет внутреннего трения, особенно сильно развивающегося в тонком пограничном слое, образуются мощные вихри, совокупность которых, по гениальной идее Жуковского, можег быть заменена одним присоединенным вихрем , поясняющим возникновение подъемной силы крыла. Этот присоединенный вихрь , в полном согласии с классической теоремой Гельмгольца ( 12 гл. I) об одинаковости интенсивности вихревой трубки вдоль всей ее длины, не может начинаться или заканчиваться в жидкости. Совпадая по направлению с осью крыла бесконечного размаха, присоединенный вихрь приходит из бесконечности и в бесконечность же уходит. Интенсивность присоединенного вихря одинакова вдоль размаха цилиндрического крыла, одинакова и циркуляция скорости по контуру, охватывающему любое сечение крыла, и подъемная сила единицы длины крыла. [c.449]

Слияние двух потоков. Поверхности раздела. Возникновение вихрей. Если два потока жидкости различного происхождения сливаются в один поток позади острого ребра обтекаемого тела (рис. 39), то в общем случае постоянная в уравнениях Бернулли для обоих потоков имеет разные значения. Это означает, что по обе стороны от поверхности раздела обоих потоков, на которой давление, очевидно, должно быть одинаковым, скорости имеют разные значения. Но даже в том случае, когда постоянная в уравнениях Бернулли для обоих потоков имеет одинаковые значения, скорости над и под поверхностью раздела могут отличаться друг от друга своими направлениями. Таким образом, в рассматриваемых случаях на поверхности раздела происходит [c.74]

Если оба цилиндра вращаются одинаковым образом, потеря устойчивости проявится в возникновении рядов вихрей в плоскости меридиана, имеющих чередующиеся противоположные вращения и занимающих всё пространство между цилиндрами (рис. 191). Экспериментально можно обнаружить возникновение этих вихрей, помещая вдоль внутреннего цилиндра тонкий слой окрашенной жидкости краска эта, когда возникают вихри, располагается по кольцам, окружающим вихревые области (рис. 191). [c.666]

Устойчивость трехмерных пограничных слоев. Совсем по-иному, чем при двумерном (плоском) основном течении, происходит переход ламинарной формы течения в турбулентную в трехмерном пограничном слое. Примером такого рода, для которого, между прочим, ламинарный пограничный слой очень хорошо изучен ( 2 главы V), является течение вблизи диска, вращающегося в покоящейся жидкости. Как в этом случае происходит переход ламинарной формы течения в турбулентную, отчетливо показывает фотоснимок течения вблизи поверхности вращающегося диска (рис. 17.39), полученный Н. Грегори, Дж. Стюартом и В. С. Уокером В кольцеобразной области образуются стоячие вихри в форме логарифмических спиралей. Внутренний радиус этой области определяет возникновение неустойчивости. [c.486]

В гидродинамике доказывается, что установившиеся движения идеальной жидкости бывшие безвихревыми в некоторый момент времени, всегда остаются безвихревыми. Если же движение было в некоторый момент вихревым, оно всегда будет вихревым. Возникновение вихрей должно быть вызвано специальными причинами, иапример вязкостью газа или жидкости. [c.51]

Теплоотдача при ламинарном режиме. Если отсутствует свободное движение жидкости, то перенос тепла в радиальном направлении осуществляется только путем теплопроводности. При наличии свободного движения возникает турбулизация потока, и теплопередача усиливается. Эффект турбулизации оказывается наибольшим при вертикальном положении трубы и противоположном направлении свободного и вынужденного движений. Граница раздела двух движущихся навстречу друг другу потоков является очагом возникновения вихрей, которые усиливают турбулизацию. При одном и том же направлении свободного и вынужденного движения такого очага нет, и движение протекает более спокойно. [c.59]

В этом параграфе мы рассмотрим возникновение конвекции в жидкости, равномерно вращающейся вокруг вертикальной оси. Влияние такого вращения на устойчивость во многих чертах оказывается сходным с обсуждавшимся в предыдущих параграфах влиянием магнитного поля. Причина этого сходства заключается в следующем. Прежде всего, возникающая во вращающейся жидкости кориолисова сила по своей структуое близка к магнитной силе, действующей на движущуюся в поле проводящую среду. Далее, имеется хорошо известная аналогия между поведением вихря скорости и магнитного поля в проводящей среде. Если отсутствуют диссипативные процессы (бесконечная электропроводность в магнитном случае или невязкая жидкость — в случае вращения), то имеет место полная вмо-роженность силовых линий магнитного поля или, соответственно, вихревых линий. Если проводимость конечна или вязкость отлична от нуля, то имеет место лишь частичная вморожен-ность в этом случае происходит диффузия магнитного поля (вихря). Указанное сходство ситуаций находит свое отражение в том, что по математической постановке задачи об устойчивости равновесия в магнитном поле и при вращении оказываются весьма близкими. Во многом сходны также и результаты и в том и в другом случае имеет место повышение устойчивости, и при определенных условиях появляется неустойчивость колебательного типа. [c.208]

Изменение глубины проникновения вязкой волны, связанное с возникновением вихрей в пристенной области, было изучено в работе Э. Л. Андроникашвили, Г. А. Гамцемлидзе и Ш. А. Джапаридзе (1966), которые определили глубину проникновения закритического режима колебаний в сверхтекучую жидкость. [c.672]

При возникновении вихрей в цилиндре с отверстиями начинается перетечка жидкости попеременно от верхнего к нижнему ряду отверстий и наоборот. Этот эффект также может быть использован для измерения скорости потока жидкости. В этом случае в цилиндре размещается горизонтальная перегородка, в которой делают вырез для установки датчика. В этой конструкции в качестве датчика могут применяться тензорезисто-рц, термоанемометры, пьезодатчики и т. д. [c.37]

Нестационарное явление возникновения вращения в покоящейся относительно Земли жидкости при ее истечении под действием силы тяжести сквозь узкое отверстие в дне резервуара, а в технических применениях — со специально закрученной и засасываемой жидкостью, — связано с образованием вихревой трубки, сжатие которой при прохождении сквозь узкое отверстие вызывает резкое увеличение угловой скорости вращения частиц в трубке — квазитвердом ядре вихря . В установившемся движении простейшей моделью является вихресток ( 40, рис. 62) с наложенным на него нисходящим потоком, а при наличии свободной границы, например между водой и воздухом, воронка , заполненная засасываемым воздухом ). [c.44]

В случае процесса адиабатического дросселирования, показанного на рис. 7.5 в виде процесса в, необходимо отметить, что по мере прохождения жидкости через дроссель скорость ее увеличивается и, следовательно, удельная энтальпия понижается. Однако после выхода из дросселя поперечное сечение устройства резко возрастает. При этом кинетическая энергия, возникшая при прохождении жидкости через дроссель, будет диссипировать за счет вязких сил и возникновения вихрей. Поэтому в состоянии 2, ниже дросселя скорость жидкости будет мала и различие в кинетических энергиях жидкости выше и ниже дросселя практически исчезает. Таким образом, ясно, что удельная энтальпия в конечном состоянии /гг практически совпадает с удельной энтальпией в начальном состоянии h, однако по мере перехода жидкости от состояния 1 к состоянию 2 удельная энтальпия сначала падает, а затем возрастает. Следовательно, рассматриваемый процесс не может считаться изэнгальпическим. Причины сильной необратимости этого процесса будут подробнее рассмотрены в гл. 9, [c.93]

Уравнение (13.22) представляет собой не что иное, как закои Био—Савара [15—17] для вихревых линий. Объемный интеграл в (13.23) показывает, что распределение завихренности изменяется в результате конвективного переноса, который непрерывно оказывает обратное воздействие на последующее распределение завихренности в жидкости. Поверхностный интеграл в (13.23) отражает непрерывное возникновение (или исчезновение) завихренности на твердой границе 5. Поскольку скорость u(r 0,0 на 5 равна нулю (условие прилипания), возникающие вихри могут покидать границу 5 лишь посредством диффузии. [c.372]

Теория Кармана хотя и предполагает, что жидкость не обладает трением, все же допускает, чю движущееся тело все врзмн вызывает появление вихрей. Между тем, согласно классической гидродинамике, это невозможно. Однако, противоречие можно устранить, если рассматривать жидкость, не обладающую трением, как предельный случай вязкой жидкости при стремлении вязкости к кулю. К ак мы уже неоднократно упоминали, в этом случае вполне допустимо при предельном переходе к р. = 0 рассматривать жидкость, поскольку она не находится в непосредственной близости к телу, как не обладающую трением. Но для того слоя жидкости, который прилегает к телу и который с уменьшающейся вязкостью делается все тоньше и тоньше, необходим особый переход к пределу. В главе V мы видели, что как раз этот слой, в котором ситами трения нельзя пренебрегать также в случае жидкости со стремящейся к нулю вязкостью, и является местом возникновения вихрей, переходящих потом в свободную жидкость. [c.150]

После того как мы выяснили, что образование циркуляции вокруг крыла необходимо связано с образованием начального вихря, легко показать, что возникновение циркуляции не противоречит теореме Томсона. Вообразим сначала тело, покоящееся относите 1ьно жидкости, и проведем вокруг него замкнутую жидкую линию (путь интегрирования циркуляции фиг. 127), Приведем теперь тело в движение. Тпк как проведенная нами жидкая линия окружала крыло в состоянии покоя, то она будет окружать его и в состоянии движения, и следовательно, внутри нее будет заключаться кроме крыла также и начальный вихрь (фиг. 128). Но циркуляция вокруг крыла, как это ясно видно из фиг, 55 таблицы 22, равна по величине и противоположна по направлению циркуляции начального вихря, вследствие чего линейный интеграл скорости вдоль замкнутой жидкой линии остается равным нулю и при движении. Обратно, если предположить, что справедлива теорема Томсона, го отсюда будет следовать, что циркуляция вокруг крыла равна по величине и противоположна по направлению циркуляции начального вихря. В самом деле, так как кривая на фиг. 129 окружала кры- [c.180]

Разложение решения уравнений Навье - Стокса для стационарных плоскопараллельных течений несжимаемой жидкости в ряд по степеням числа Рейнольдса и подчинение этого ряда условиям прилипания к прямолинейным границам около точки их пересечения приводит к асимптотике решения в окрестности такой точки. Использование главной части полученной асимптотики в качестве граничного условия на некотором удалении от угловой точки позволяет ставить краевые задачи для уравнений Навье - Стокса в замкнутых областях. Примеры численного решения подобных задач иллюстрируют возникновение бесконечных систем вихрей в окрестности точки излома границы области течения. [c.62]

Значительное количество численных решений уравнений Навье-Стокса в прямоугольной каверне ([1] и др.) выявляет возникновение вторичных вихрей в углах области течения. Подобное явление обнаружено и в других случаях, например при движении жидкости между неподвижным квадратом и вращающимся внутри него кругом [2]. Детальность полученной в [3] асимптотики решения уравнения Навье-Стокса в окрестности угловой точки границы и не определенная зависимость ее от полярного угла не позволяют составить наглядное представление о структуре течения в этой подобласти. [c.62]

Рассмотрим подробнее рабочий процесс вихревого насоса с периферийным каналом. Покажем, что у такого насоса возникает продольный вихрь. Если продольный вихрь образовался, то окружная составляющая скорости жидкости на выходе из рабочего колеса больше, чем на входе в него. Центробежные силы, действующие на частицы жидкости в половине канала, примыкающей к выходной части кромки лопаток, больше, чем в половине канала, примыкающей к входной части кромки. Следовательно, центробежные силы способствуют возникновению продольного вихря. Последний образуется, если напор, обусловливающий возникновение вихря и равный Ядот-г- цб, положителен. Потенциальный напор колеса насоса с периферийным каналом [c.79]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...