Устойчивость ламинарного течения

Таким образом, с помощью метода малых возмущений можно получить значение критического числа Рейнольдса. Начиная с того места на пластине, где число Рейнольдса достигает своего критического значения, начинают нарастать возмущения с определенной длиной волны. Далее вниз по потоку становятся неустойчивыми возмущения и с другими длинами волн. Наконец, на некотором расстоянии от начала потери устойчивости ламинарное течение переходит в турбулентное. Критическое число Рейнольдса, определенное экспериментальным путем из наблюдения перехода ламинарного режима течения в турбулентный, соответствует тому месту пластины, где турбулентность потока приводит к перестройке всего течения. Поэтому найденные пз экспериментов критические числа Рейнольдса обычно превышают по величине их теоретические значения. [c.312]

В этой главе рассмотрены только ламинарные течения. Они встречаются в разнообразных технических задачах. В частности, в зазорах-и малых полостях машин, в особенности при течении таких вязких жидкостей, как масло, нефть, различные специальные жидкости для гидропередач, образуются устойчивые ламинарные течения, для описания которых надежной базой могут служить уравнения Навье—Стокса. Поэтому весьма актуален вопрос о методах решения этих уравнений при разнообразных граничных условиях. [c.289]

Переход ламинарного режима в турбулентный кратко описан в п. 6.6 для течения в круглых трубах. Он наблюдается и при течениях в каналах разной формы, конфузорах, диффузорах, в пограничном слое при обтекании тел, в свободных струях. Хотя переходные явления для каждого класса потоков имеют некоторую специфику, но в основе любого из них лежит потеря устойчивости ламинарного течения, которая наступает при достижении определенных значений гидродинамических параметров. [c.359]

Напротив, проблема устойчивости ламинарного течения пленки с гладкой поверхностью в рамках классической линейной теории устойчивости решается достаточно строго. Результаты анализа представляют определенный интерес. [c.165]

При переходе к волнообразному распаду с увеличением скорости истечения устойчивость ламинарного течения нарушается, поток постепенно переходит в турбулентный. Под действием стационарных сил инерции, трения, поверхностного натяжения и соизмеримых с ними переменных по величине и направлению пульсационных [c.346]

Юдович В. И., Пример рождения вторичного стационарного или периодического течения при потере устойчивости ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости. Прикл. мат. и мех., 1965, 29, вып. 3, 453—467 [c.214]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые Непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости эти вихри постепенно затухают и исчезают. Благодаря непрерывному образованию вихрей и их диффузии происходит сильное перемешивание жидкости, называемое турбулентным смешением. Чем больше вихрей, тем интенсивнее перемешивание жидкости и тем больше турбулентность потока. Различают естественную и. искусственную турбулентность. Первая устанавливается естественно. Для случая стабилизированного движения внутри гладкой трубы турбулентность вполне определяется значением критерия Re. Вто- [c.33]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости [c.36]

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЛАМИНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ [c.175]

Напряжение Рейнольдса (ы, /) как дополнительное напряжение к силам давлений и вязкого напряжения оказывает дополнительное влияние на осредненное течение. Если напряжение передает энергию от основного течения к возмущению, то это может вызвать неустойчивость. В работе [41 ] показано, что наличие этого напряжения благоприятствует переходу энергии осредненного движения в энергию возмущенного течения. Обмен энергией между основным течением и наложенными возмущениями является одним из физических механизмов, который используется как в теории турбулентности, так и в теории устойчивости ламинарных течений. [c.177]

Экспериментальное исследование устойчивости ламинарного течения в трубе при синусоидально изменяющемся градиенте давления [31 ] показывает, что устойчивость течения определяется числом Рейнольдса Re осредненного движения, параметром 182 [c.182]

Вопросы устойчивости ламинарного течения пленки, таким образом, приобретают важное значение и для расчета теплообмена. При этом различают конвективную и абсолютную неустойчивость. При конвективной неустойчивости возмущение, раз возникнув, увеличивается со временем, однако при этом оно сносится вниз по потоку. Под абсолютной неустойчивостью понимают неустойчивость, характеризующуюся нарастанием возмущения во времени в данной точке потока. При наличии абсолютной неустойчивости строго ламинарное течение не может быть осуществлено. [c.57]

Величина критического числа Рейнольдса, при котором начинается турбулизация потока, зависит от формы канала или обтекаемого тела, степени предварительного возмущения потока и других факторов. Между устойчивым ламинарным течением и полностью развившимся турбулентным течением существует переходная область. Границы этой области принято характеризовать первым и вторым критическими числами Рейнольдса. [c.16]

Основы теории устойчивости ламинарного течения тонкого слоя вязкой жидкости, имеющей свободную поверхность, были разработаны П. Л. Капицей [56], который показал, что при числах Рейнольдса, больших некоторого критического значения, энергетически более выгодным является ламинарно-волновое течение. Поставленное П. Л. Капицей и С. П. Капицей экспериментальное исследование [57] подтвердило это положение, показав, что существует некоторый минимальный расход, при котором на поверхности жидкости возникают волны. При расходах, меньших минимального, волновой режим течения не развивается, причем в этих условиях искусственно созданные волны затухают. В последующие годы вопросы устойчивости ламинарного движения по отношению к малым внешним возмущениям, которые,, наложившись на основное течение, могут либо усиливаться, либо затухать, аналитически изучались рядом авторов [3, 10, 11, 45, 46, 49, 86, 91, 96, 126, 147, 149, 156, 180, 214-217]. Появилось также большое число работ, в которых развитие волнообразования на поверхности жидких пленок изучалось экспериментально [4, 15, 16, 22, 25, 28, 29, 31, 32, 40, 51, 53-55, 57, 62, 63, 66,. 67, 75, 79, 84, 85, 92-94, 97, 106, 108, ИЗ, 116, 117, 120, 133, 137,, 139, 145, 151-154, 158, 167, 169, 172, 179, 187, 188, 190, 192, 200, 206, 208, 209]. [c.190]

В качестве критерия режима течения используется число Рейнольдса Re. Результаты экспериментов показывают, что разрушение ламинарного режима в круглых трубах начинается приблизительно при Re = 2300. Это значение Re принято называть критическим числом Рейнольдса. Таким образом, при Re < 2300 существует устойчивое ламинарное течение. [c.30]

Формально решения уравнения Навье—Стокса могут быть получены и для очень больших чисел Ке. Однако в действительности ламинарные течения наблюдаются только при достаточно малых числах Ке. Это объясняется тем, что при больших числах Не ламинарные течения теряют устойчивость и переходят в турбулентные. Так, опыт показывает, что ламинарное течение в круглой трубе существует, если Ке = wd.lv <С 2300. Однако эта граница довольно условна, так как устойчивость ламинарного течения зависит также от возмущений потока на входе в трубу. Весьма тщательным устранением источников возмущений удалось, например, добиться ламинарного течения в трубе для Не — 40 000. С другой стороны, следует отметить, что, сколь бы сильными не были возмущения на входе, они гаснут, и поток в трубе остается ламинарным, если Ке < 2000. [c.160]

Устойчивость ламинарного течения 125, 148, 170— 173, 200, 22о—227 --- в пограничном слое 228 [c.479]

Математическая теория устойчивости ламинарных течений в настоящее время хорошо разработана, но ее изложение потребовало бы значительного места. Принимая во внимание, что она по своему довольно сложному и, скорее, чисто математическому характеру выпадает из общего стиля настоящего курса, пришлось удовольствоваться в нем лишь качественным описанием основного механизма явлений потери устойчивости и его связи с главным для практики процессом перехода ламинарных движений в турбулентные, для объяснения которого математическая теория устойчивости пока еще мало что дает. [c.524]

Так как нерегулярное наблюдение за режимом течения жидкостей, по-видимому, указывало, что более вязкая жидкость имеет более устойчивое течение, возникло искушение изучать устойчивость ламинарных течений, пренебрегая влиянием вязкости на возмущения, и в случае результатов, указывающих на стабильность потока, заключать, что первоначальное течение устойчиво независимо от вязкости жидкости. Релей использовал этот подход для изучения устойчивости параллельного течения между двумя плоскими границами, рассчитывая, что оно может быть только неустойчивым. К своему удивлению он обнаружил, что если на кривой распределения скоростей отсутствует точка перегиба, то любое возмущение, периодически вносимое в поток, обязательно нейтрально, т. е. ни распространяется, ни затухает. Этот результат заставил Релея прийти к убеждению, что даже при вязкости, близкой к нулю, нельзя пренебрегать ею при исследовании предельного случая вязкой жидкости. Тонкость этого различия становится очевиднее, если представить, что пренебрежение влиянием вязкости на возмущение и допущение соответствия потока с возмущениями безвихревому равносильно признанию наличия проскальзывания на границах, что невозможно ни в какой реальной жидкости со сколь угодно малой вязкостью. Таким образом, если возмущение не подвержено вязкостной диссипации, механизм возмущенного движения изменяется коренным образом и, действительно, никакой энергии не может быть передано возмущению от первоначального потока. Двойная роль вязкости становится очевидной благодаря результату Релея, не имеющему прямого отношения к задачам устойчивости вязкой жидкости, но ярко иллюстрирующему трудности, свойственные этим задачам. [c.233]

Начальная устойчивость ламинарного течения между вращающимися концентрическими цилиндрами была подробно исследована Тэйлором как теоретически, так и экспериментально, хотя только при малой разнице в величине их радиусов. Как видно из рис. 87, где 01 и 0,2 соответственно угловые скорости (в одном направлении) внутреннего цилиндра (г, = 3,8 см) и [c.236]

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]

В работе [602] режимы течения были классифицированы по характеру влияния твердых частиц на ламинарный подслой. Результаты, полученные в экспериментах с каналом квадратного сечения, подтвердили, что профили скоростей в газе не зависят от присутствия твердых частиц. Теоретическому исследованию влияния твердых частиц на устойчивость ламинарного течения посвящена работа [536], расширившая область применения метода Сэфмена [674]. [c.164]

В настоящее время теоретически достаточно полно исследованы условия возникновения первой области, т. е. условия устойчивости ламинарного пограничного слоя. Результатом этого исследования является определение теоретического критического числа Рейнольдса (предела устойчивости). Знание этого числа еще не дает возможности указать начало развитого турбулентного течения, т. е. положение точки перехода и соответствующее значение критического числа Рейнольдса. Проблема эта изучена недостаточно полно, и в последнее время особенно широкое развитие получили различные методы исследований перехода в аэродинамических трубах, при помощи которых получена достаточно обширная информация о возникновении турбулентности. Найденное при таких исследованиях положение точки перехода принято обычно характеризовать экспериментальным критическим числом Рейнольдса. Несмотря на известную ограниченность, расчетные методы теории устойчивости имеют большое практическое значение. Они позволяют сравнивать ламинарные пограничные слои с точки зрения возникающих явлений, обусловливающих переход в турбулентное состояние, определять вид обтекаемой поверхности, обеспечивающий сохранение устойчивого ламинарного течения (ламинаризированные профили), отыскивать условия такого сохранения другими методами (в частности, при помощи отсоса пограничного слоя). [c.89]

При всех значениях Re < Re, ,, j наблюдается устойчивое ламинарное течение, при Re > Re p о — развитое турбулентное, при Re,sp 1 < Re < Re, p — переходный режим движения. Критические координаты л р i и х, р 2 зависят от многих (1)акторов. На переход от ламинарного к турбулентному режиму влияют степень турбулентности, частота иульсаци , ускорение и замедление потока, шероховатость и волнистость поверхности, удобо-обтекаемость передней кромки стенки, вибрации и интенсивность теплообмена. Поэтому трудно точно указать значения Re p. [c.88]

На участке до некоторого сечения В—В структура потока в пограничном слое соответствует ламинарному течению характерная эпюра скоростей на этом участке показана на рис. 5.8 (в сечении А—А). Правее сечения В—В устойчивость ламинарного течения нарушается, и оно постепенно переходит в турбулентное. Расстояние Хкр зависит главным образом от степени турбулентности невозмущенного потока и шероховатости твердой поверхности. Критерием перехода ламинарного режима в турбулентный принято считать число Рейнольдса Кекр = = UaoA кp/v. Порядок величины критического числа Рейнольдса находится в пределах 10 —10 . [c.244]

Критическое число Рейнольдса определяется экспериментально и зависит от большого числа различных факторов. Явление этого перехода изучалось Г. Хагеном (1839 г.), Д. И. Менделеевым (1880 г.), однако систематические исследования возникновения турбулентного течения с установлением критерия перехода были проведены О. Рейнольдсом в 1883 г. для потока в круглой трубе. Критерием перехода оказался установленный анализом единиц измерения комплекс ршс11 1, где w — осредненная по поперечному сечению скорость, ай — диаметр трубы. Последующими многочисленными исследованиями было установлено существование двух чисел Рейнольдса — верхнего и нижнего. Нижнее значение равно примерно 2300 если Ке=ршй/р, 2300, то устойчивость ламинарного течения невозможно нарушить никакими возмущениями. В качестве верхнего числа Рейнольдса обычно принимают значение Ре=10 000, при котором в трубах с технической шероховатостью устанавливается развитое турбулентное течение. Однако в гладких трубах с плавным входом и отсутствием возмущений удавалось затягивать ламинарный режим до значительно больших значений Ре. [c.357]

Известны два оснЬвных режима течения жидкости ламинарный и турбулентный. Эти жё режимы могут иметь место № при движении жидкости в пучке. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от характера течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах теченйе в канале, где установлен пучок, было бы турбулентным при отсутствии пучка, то оно обязательно будет турбулентным и в пучке, так как пучок является прекрасным турбулизатором. Однако если пучок пойещен в канал, в котором до его установки имел бы место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую формы течения. Чем меньше число Re, тей устойчивее ламинарное течение, чем больше — тем легче перевести егЬ в турбулентное. При низких значениях числа Re течение может остаться ламинарным. При этом межтрубные зазоры как бы образуют отдельные щелевидные каналы переменного сечения (исключение составля ет предельный случай, когда расстояния между трубами очень велики). [c.227]

Степень турбулентности Ео определяет добавочные возмущения, которые действуют на пограничный слой со стороны его внешней границы. Чем больше значение Ес, тем меньше размеры переходной области и ниже критическое значение Re. Положение переходной области и ее размеры заметно меняются в зависимости от характера внешнего течения. Если скорость в направлении движения жидкости падает, а давление растет dp/dx>0), т. е. имеет место диффузор-ное течение, устойчивость ламинарного течения резко снижается и переход к турбулентному течению происходит при более низких значениях Re, чем в случае безградиентного течения. Наоборот, при конфузорном течении область перехода сдвигается в зону более высоких значений, Re и одновременно растет ее протяженность. Стабилизирующее влияние ускоряющихся потоков очень велико и объясняется резким увеличением сил трения в пристеночной области. При некоторых условиях под действием возрастающих вязких напряжений происходит не только расширение области ламинарного течения, но и полное гашение уже развившегося турбулентного режима. Внешнее течение при ламинарном пограничном слое характеризуется обычно безразмерным параметром следующего вида f=(dujdx) . Тогда для оценки величины Re Kp2 можно воспользоваться полуэмпирической формулой А. П. Мельникова, которая одновременно учитывает влияние обоих рассмотренных факторов [c.166]

Эти особенности генерирования и распространения экзотермических волн делают их интересными подобно тому, как интересны задачи потери устойчивости ламинарных течений вязкой жидкости, образования при этом вторичных стационарных и нестационарных структур и их хаотиза-ции, ведущей к развитию турбулентности. [c.115]

Некоторые результаты исследования перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный получены при применении соображений устойчивости. Ламинарное течение устойчиво, если возмущения со временем затухают, если же они нарастают, то ламинарное течение по достижении некоторого предельного состояния становится неустойчивым и может произойти переход ламинарного течения в турбулентное. Эти рассуждения применимы и к явлению перехода ламинарного слоя в турбулентный. Теорию устойчивости ламинарного пограничного слоя предложили в 1946 г. Л. Лиз и Линь Цзя-цзяо. Однако эти теоретические исследования не давали полного представления о механизме перехода. И если, как считал Карман в 1958 г., математическая теория устойчивости ламинарного пограничного слоя обнаруживала блестящее согласие с опытом в той части, где описываются затухание и нарастание колебаний, то это не означает, что мы действительно понимаем механизм перехода Не лучшее положение наблюдалось и в теории турбулентного пограничного слоя газа — не имелось достаточного количества экспериментальных данных для разработки полуэмпирических методов, для приближенного расчета характеристик такого слоя. Некоторый сдвиг наметился после работ советских ученых Ф. И. Франкля и В. В. Войшеля (1937), которые вывели формулы распределения скоростей и закон трения в турбулентном пограничном слое с учетом влияния числа Мкр и теплопередачи В 1940 г. [c.325]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...