Стратификация потока

Согласно сказанному выше, в приземном слое воздуха возможны два качественно различных универсальных режима, соответствующих случаям устойчивой стратификации (поток тепла направлен вниз, т. е. <7<0 и, соответственно, >0 и 7 >0) и неустойчивой стратификации (<7 > О, L < О, Г < 0). Эти два режима должны сливаться при приближении к безразличной стратификации (при ->0). Соответственно этому и все универсальные функции, описывающие универсальный режим, распадаются на две отдельные ветви при >0 и при <0. [c.371]

Большое внимание уделено гетерогенной структуре потока в камере сгорания. На практике, кроме того, наблюдается и существенная стратификация течения, при которой в каждом слое имеется свое соотношение компонентов топлива. Указанное противоречие между требованиями к высокой экономичности двигательных установок и к устойчивости горения до сих пор не разрешено. [c.11]

Неоднородность жидкости по плотности может быть вызвана изменением по глубине потока температуры, концентраций растворенных или взвешенных веществ. В соответствии с этим течения классифицируются на течения с температурной, химической и механической стратификацией. [c.214]

Температурная стратификация характеризуется малой разностью плотностей 0,005 по глубине потока, химическая — несколькими [c.214]

Зависимости (15.25) и (15.26) не учитывают изменения вязкости в вертикальном направлении. Для химической стратификации этим изменением можно пренебречь. При температурной же стратификации вязкость изменяется с глубиной потока весьма существенно. Следовательно, применение зависимостей (15.25) и (15.26) правомерно для течений с химической стратификацией. [c.219]

Численные значения параметра устойчивости F = Reg (Fr e) определены эмпирически (рис. 15.2). При этом схема течения соответствовала случаю движения нагретой воды Т = = 15 -т- 55 С) над неподвижным объемом более холодной воды (/"о = 10 -i- 50° Q при соблюдении условий прямой стратификации для двумерного потока. [c.219]

К настоящему времени наиболее исследованы вопросы рассеивания примесей над однородной местностью при нейтральной стратификации атмосферы, а также в условиях развитого турбулентного обмена от источников, выбросы которых поступают в невозмущенный ветровой поток. [c.258]

На трубе А-6 Института механики МГУ ранее выполнен большой комплекс исследований по аэродинамике городских застроек и обтеканию моделей рельефа [117, 118]. Результаты экспериментов, а также другие работы, проведенные на различных аэродинамических трубах, показали, что при моделировании различного рода препятствий для случая безразличной стратификации существует автомодельность по числу Рейнольдса для развитого турбулентного движения. И хотя влияние турбулентности на аэродинамические характеристики зависит от формы тела и числа Ке, общая тенденция состоит в том, что сопротивление тел, обтекаемых с резким срывом, малочувствительно к начальной турбулентности потока. [c.262]

В области углов а > —50° картина иная. Конвективный механизм неустойчивости в этой области не является основным, а при а > 0° и вовсе отсутствует, так как при таких ориентациях слоя нагретая плоскость расположена сверху, что соответствует устойчивой стратификации. Кризис стационарного течения в этих условиях имеет гидродинамическую природу и возникает в результате взаимодействия встречных конвективных потоков. Определяющим параметром теперь является число [c.330]

Обсудим ДЛЯ примера границы устойчивости в случае Рг = 6,7 Рг = = 676,7. При малых Ra (0< Raj < 13 кривая 7а), как и в однородной жидкости (Ra = 0), неустойчивость имеет чисто гидродинамическую природу и связана с образованием неподвижных вихрей на границе встречных потоков. Увеличение параметра стратификации приводит в этой области к некоторому стабилизирующему действию. Вследствие гидродинамической природы кризиса граница устойчивости слабо зависит от Рг и Рг ,, участки кривых 1а — 4а с точностью графика совпадают, [c.131]

Следует ожидать, что рассматриваемое течение при больших скоростях обнаружит неустойчивость гидродинамического типа, связанную с взаимодействием встречных потоков. В то же время наличие вертикальной разности температур в слоях неустойчивой стратификации (эта разность пропорциональна А ) может привести к возникновению неустойчивости рэлеевского типа. [c.203]

При малых числах Прандтля неустойчивость обусловлена гидродинамическим механизмом (неподвижные вихри на границе встречных потоков). При Рг = О критическое число Грасгофа Сг = 495, что, естественно, совпадает с точкой потери устойчивости изотермического течения с кубическим профилем. С ростом числа Прандтля имеет место сильная стабилизация гидродинамической моды, физический механизм которой понятен при конечных Рг в области образования вихрей имеется устойчивая температурная стратификация, затрудняющая их развитие. [c.205]

Во второй задаче в случае точечного источника холода, напротив, казалось бы, ожидаемый отрыв ие происходит. Хотя в этом случае поток жидкости растекается вдоль плоскости от начала координат и, следовательно, замедляется как поток в диффузоре, тем не менее отрыв блокируется подтоком жидкости к стенке в условиях устойчивой стратификации. В результате происходит ускорение внешнего течения и формируется сильная пристенная струя. [c.188]

Мы видим, что при теоретическом анализе турбулентных процессов в приземном слое атмосферы надо учитывать наличие вертикальной температурной стратификации и связанного с ней вертикального турбулентного потока тепла. В то же время горизонтальной неоднородностью подстилающей поверхности, всегда в какой-то мере имеющейся в реальной атмосфере, естественно на первых порах пренебречь. В самом деле, можно надеяться, что по крайней мере в случае сравнительно ровной подстилающей по> верхности, характер которой не меняется на протяжении достаточно большой области, эта неоднородность не будет играть большой роли. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать упрощенную модель турбулентности в жидкости, заполняющей полупространство над бесконечной однородной плоской поверхностью г = 0 с постоянной шероховатостью го (высотой вытеснения учет которой сводится к сдвигу начала отсчета значений г, мы в дальнейшем для простоты также будем пренебрегать). В соответствии с этим в настоящей главе мы всегда будем предполагать, что все одноточечные осредненные характеристики гидродинамических полей зависят только от вертикальной координаты -г. [c.372]

Казанским и Мониным на основе формул (9.18) были построены номограммы функций р2 и Рг в предположении, что х = 0,43, а функция (1) при <0 задается интерполяционной формулой (8.49) с 1 = 0,03 и С2=1, а при > О — логарифмической + линейной формулой (8.33) с р = 0,6. Следует иметь в виду, что использованные при этом построении числовые значения параметров отличаются от значений, которые в настоящее время представляются наилучшими особенно это относится к определяющему вид /( ) при устойчивой стратификации параметру р, значение которого здесь сильно занижено. Однако изменение значений параметров в соответствии с более современными данными не изменит общего вида рассматриваемых номограмм и даже, может быть, не очень сильно повлияет на числовые значения определяемых по этим номограммам потоков. В то же время пересчет номограмм в настоящее время вряд ли был бы оправдан в связи с недостаточной точностью имеющихся пока данных о значениях /( ) и а( ). Поэтому мы ограничимся тем, что приведем на рис. 9.22—9.24 номограммы Казанского и Монина, дающие достаточное пред- [c.474]

Турбулентный поток количества движения при неустойчивой стратификации и в условиях, близких к безразличному равновесию. В сб. Атмосферная турбулентность (Труды ИФА АН СССР, № 4), 81—100. [c.631]

Очень большое практическое значение имеет создание теории плановых течений при наличии плотностной стратификации применительно к решению инженерных задач о сбросе сточных и отработанных вод промышленных предприятий, о работе водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций. Последняя проблема особенно актуальна и потому, что возможности физического моделирования гидротермических явлений сильно ограничены в принципиальном отношении (см. также 12 и 13). В этой связи, а также в связи с некоторыми другими техническими приложениями требуется создание теории двумерных плановых течений в стратифицированных по плотности водоемах с учетом тепло- и массообмена с внешней средой. Важным является также вопрос о гидродинамических характеристиках потока на участке сопряжения сбросной струи с основным потоком и их влиянии на процессы теплообмена, происходящие в этой зоне. [c.753]

Обозначим соответственно через Ах, А,, и Ат коэффициенты турбулентного переноса импульса (количества движеиия), тепла и концентрации примеси. Тогда в принятой стратификации будем иметь следующие выражения для касательного напряжения трения т, потока тепла с/ и потока вещества т [c.700]

Высоты, для которых подобное уравнение представляет наибольший интерес, могут быть определены по данным лазерного зондирования, позволяющего с высоким пространственным разрешением устанавливать стратификацию атмосферных аэрозолей. Поскольку со )(г) определяется т (г), то (3.88) связывает профили т г) и бГ(г). Без соответствующего расчетного анализа трудно сказать, в какой мере уравнение (3.88) может быть эффективным для определения профиля т г) по данным совместного термического (радиозонды) и оптического зондирования. Существующие вычислительные схемы для расчета потоков строятся на основе численного решения уравнений переноса в сферической атмосфере и достаточно сложны, чтобы их можно было непосредственно использовать в схемах обращения оптических данных. В этом направлении необходимы соответствующие целенаправленные исследования по созданию эффективных алгоритмов оперативной оценки потоков рассеянной солнечной радиации в атмосфере, когда оптические характеристики последней определяют методами оптического зондирования. [c.216]

Для наиболее распространештых условий потоков в осадочных отложениях вертикальное геофильтрационное строение базируется на гидрогеодинамической стратификации потока, а плановое распределение параметров обусловливается фациальной и неотектонической обстановкой. [c.78]

Как показывают опыты, интенсивность пульсации скоростей в случае безнапорных потоков уменьшается при у <алении от дна потока. Следует считать, что для свободной поверхности спокойных потоков поперечная пульсационная скорость % практически равна нулю. В связи с указанным снижением и у иногда получаем следующее на некоторой высоте г/о над дном, меньшей глубины потока Л (рис. 20-3), пульсационная скорость и у оказывается равной гидравлической крупности су о, отвечающей наибрлее мелким песчинкам, поднявшимся со дна русла очевидно, дальнейший подъем песчинок будет невозможен (так как при у > Уо получаем % < < кУо). Линию М—N (рис. 20-3), высотное положение которой определяется координатой у , иногда называют потолком наносов. В некоторых случаях граница М—N бывает выражена весьма резко, выше этой границы имеем чистую воду обычного удельного веса, ниже ее — гидросмесь, характеризуемую относительно большим удельным весом. В этом случае получаем движение как бы двух разных жидкостей имеет место резко выраженное слоистое строение потока, т. е., как говорят, стратификация потока. [c.564]

Распространение стратифицированных потоков. При распространении втекающей жидкости в водоемах, водохранилищах, морях и водотоках часто наблюдаются случаи, когда плотность втекающей жидкости может отличаться от плотности жидкости в водоеме или водотоке. В таких случаях говорят о наличии плотностной стратификации. Примерами могут служить растекание пресных речных вод в море, более теплой струи после ТЭС или АЭС (струя вытекает в пруд-охладитель или в водохранилище), растекание более холодной струи в водоеме или более соленой струи (дренажно-коллекторных вод) в реке или водохранилище. К рассматриваемым явлениям относятся также случаи распространенил сбросных вод в реках и водохранилищах, а также в морях, когда различие плотностей втекающей жидкости и принимающей жидкости обусловлено не только различием солености или температур, но и различием в концентрации взвесей, содержащихся в сбрасываемой воде. [c.306]

С этой точки зрения прием выделения осредненного движения можно представить себе так. Действительное турбулентное движение с характерными для него извилистыми, хаотически переплетающимися линиями тока и траекториями, заменяется некоторым упорядоченным слоистым (но не будем говорить в этом случае ламинарным) движением. Такую замену можно выразить принятым в метеорологических применениях теории турбулентности термином стратификация (от латинского слова stratus — слой). Стратификация может производиться по различным характеристикам потоков скорости, плотности, температуре и др. В этом приеме имеется, конечно, некоторый произвол, обычно корректируемый интуицией исследователя. [c.551]

При рассмотрении турбулентных потоков в реальных жидкостях и газах, наряду с переносом количества движения (импульса), часто приходится иметь одновременно дело с переносом тепла и вещества. Практически интересные задачи тепломассопереноса в турбулентных потоках обычно допускают простую стратификацию по температуре и концентрации, совпадающую со стратификацией по скорости. Пользуясь идеей Буссинека о придании формуле турбулентного трения того же вида, что и ламинарный закон Ньютона, можно и турбулентным потокам тепла и вещества придать вид, формально обобщающий известные уже нам по предыдущим главам законы Фурье и Фика. [c.556]

Описанные результаты дают картину устойчивости относительно плоских возмущений. Потенциально неустойчивая стратификация делает необходимым исследование пространственных возмущений. Зависимость формы профиля основного течения от Ка и наличие в уравнении переноса тепла дополнительного члена, учитывающего продольный градиент, делают невозможным сведение пространственной задачи к плоской. Между тем есть основания думать, что, как и в случае наклонного слоя, при определенных условиях (преобладающая роль стратификационного механизма неустойчивости) пространственные возмущения могут стать наиболее опасными. Действительно, как показано в [23], важную роль играют пространственные возмущения некоторого специального вида ( перевальные возмущения см. [7], 12). Эти возмущения имеют структуру их = Оу = О, ( 2, Т, р) ехр(-Л + 1куу). Как можно видеть из уравнений (8.8), такие возмущения не взаимодействуют с основным потоком. Амплитудная задача не содержит скорости и температуры основного течения. Рещение, соответствующее нейтральному монотонному возмущению (нижний четный уровень), таково [c.69]

Обсужденную выше задачу ранее решал Харт [9], Данные о гидродинамической моде неустойчивости при малых числах Прандтля в общем согласуются с кривой 1 на рис. 133. Что касается границ устойчивости, связанных с рэлеевскими модами, то здесь имеются качественные различия. По-видимому, в работе [9] содержатся ошибки. Так, в частности, совершенно неправдоподобен вьшод о том, что при всех Рг наиболее опасны плоские возмущения, — этот вьшод представляется удивительным и самому автору [9]. В работе [83], появившейся значительно позже, чем [4, 5], обсуждаемая в этом пункте задача вновь подверглась пересмотру. Результаты, относящиеся к гидродинамической и рэлеевским модам, полностью подтверждают данные [4, 5], представленные на рис. 133. Кроме того, в [83] обнаружена еще одна — спиральная колебательная мода неустойчивости с волновым числом куп 1. По своей физической природе она связана с возбуаде-нием (за счет энергии основного потока) внутренних волн в слое устойчивой стратификации волны распространяются в направлениях, перпендикулярных осям спиральных возмущений (т.е. вдоль направлений ijn). Эта мода наиболее опасна в сравнительно узкой области чисел Прандтля — от 0,14 до 0,45 (см. рис. 133). [c.207]

Задача решалась в работах В.М. Мызникова [13, 14] методами Галеркина и Рунге — Кутта с ортогонализацией. Основные результаты представлены на рис. 134. При W = ОД, когда преобладает термо гравитационная компонента конвекции, кризис вызьшается либо плоской гидродинамической модой (Рг < 0,075), либо спиральной рэлеевской модой (Рг > 0,075). Как и в случае обеих твердых границ, гидродинамическая мода с ростом числа Прандтля стабилизируется. Поскольку, однако, в обсуждаемом случае распределение скорости не имеет определенной четности, эта мода не является стоячей — система вихрей дрейфует вместе с верхним потоком с фазовой скоростью около 0,3 от максимальной скорости на свободной границе. Гидродинамическая мода имеет относительно длинноволновый характер при увеличении Рг от 0,01 до 0,15 критическое волновое число кт уменьшается от 0,5 до 0,3. При Рг > 0,075 неустойчивость вызьшается монотонной спиральной модой. Эта мода локализована в области неустойчивой стратификации вблизи нижней границы. [c.208]

Геофизическая турбулентность. Турбулентные движения всегда диссипативны, поэтому они не могут поддерживаться сами по себе, а должны черпать энергию из окружающей среды. Турбулентность возникает либо в результате роста малых возмущений в ламинарном потоке, либо вследствие конвективной неустойчивости движения. В первом случае энергия турбулентности извлекается из кинетической энергии сдвиговых течений, во втором - из потенциальной энергии неравномерно нагретой жидкости в гравитационном поле. На характер геофизической турбулентности специфическое влияние оказывает стратификация атмосферы (распределение массовой плотности р и других термогидродинамических параметров по направлению силы тяжести) и вращение Земли (с угловой скоростью Q =7.29-10" с" ). Кроме этого, многокомпонентность реальной атмосферы приводит часто к бароклинности смеси, вызванной зависимостью р не только от давления р (как в баротропных средах), но также от [c.11]

Построена усложненная математическая модель турбулентности для многокомпонентного химически активного континуума, позволяющая рассматривать разнообразные геофизические и аэрономические задачи, в которых существенны сжимаемость потока, переменность теплофизических свойств, влияние стратификации среды и вращения планеты. Такая модель включает, в качестве базисных, наряду с гидродинамическими уравнениями для среднего движения смеси, замыкающие эволюционные уравнения переноса для одноточечных вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров течения. [c.207]

Зафиксируем значения г, и и То и будем неограниченно уменьшать величину турбулентного потока тепла д, приближаясь тем самым к условиям безразличной стратификации. При этом масштаб L будет неограниченно возрастать по абсолютной величине, так что 1 =г1Ь стремится к нулю. В пределе при д- О мы, очевидно, должны получить обычную формулу теории логарифмического пограничного слоя дГ11дг = не содержащую ни д, ни д/То. Следовательно, [c.382]

Кроме конвекции над нагретым точечным или цилиндрическим телом целесообразно рассмотреть также конвекцию над нагретой плоскостью. Такая конвекция или, общее говоря, турбулентные течения над нагретой или охлажденной плоскостью, создающей термическую (т. е. плотностную) стратификацию, представляют очень большой интерес для геофизики, так как они во многих случаях являются хорошей моделью движений воздуха в приземном или в приводном слое атмосферы и течений воды в верхнем или придонном слое океана. Для описания стратифицированных плоскопараллельных турбулентных течений советскими учеными (А. М. Обухов, 1946 А. С. Монин, 1950 А. С. Монин и А. М. Обухов, 1953, 1954) была разработана теория подобия, исходящая из того, что все характеристики этих течений, не испытывающие непосредственного влияния молекулярной вязкости и теплопроводности, могут зависеть лишь от трех размерных параметров — скорости трения м (т. е. турбулентного потока импульса), приходящегося на единицу площади турбулентного потока тепла д = Срри) Т (входящего в большинство формул в комбинации д/срр) и параметра плавучести g . Из этих параметров, очевидно, можно составить [c.472]

Остановимся еще на формулах, касающихся вектора турбулентного потока тепла д—- ppw T (т. е. фактически потока массы q=u p ) в турбулентной среде при наличии вертикальной термической (или плотностной) стратификации. В силу осредненного уравнения теплопроводности вертикальная компонента этого потока — q с рю Т в рассматриваемом нами случае однородного по горизонтали и стационарного режима без каких-либо объемных источников или стоков тепла будет постоянной и по горизонтали, и по высоте (в реальных условиях приземного или приводного слоя воздуха указанные условия, обеспечивающие постоянство обычно неплохо выполняются вплоть до высот порядка десятков метров). Поперечная горизонтальная компонента qy = ppv T потока тепла q должна быть равна нулю вследствие симметрии статистических характеристик турбулентности относительно направления средней скорости и- Но продольная компонента q Срри Т, вообще говоря, не обязана обращаться в нуль, и для нее из теории подобия получается соотношение qjq — я ) (z/L), где " р (С) — универсальная функция (причем можно ожидать, что г (Q < О при всех так как качественные соображения типа тех, которые лежат в основе полуэмпирической теории турбулентного переноса Прандтля, приводят к выводу, что g >> О и q <С 0 при dT/dz< .O Ti q0 при dTldz >0). Эти предсказания были недавно подтверждены одновременными прямыми измерениями величин q — [c.475]

Часто разноплотностной поток характеризуется наличием более или менее четкой границы раздела между слоями различной плотности. При устойчивой стратификации в таком потоке имеет. место своеобразное распределение скоростей на границе слоев, где имеется большой градиент плотности, обычно наблюдается и большой градиент продольной скорости, связанный с понижением в этой зоне турбулентных напряжений благодаря проявлению архимедовой силы. [c.784]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...