Диссипация вихря

Выражение (4.27) соответствует описанным физическим представлениям. В развитой турбулентности, характеризующейся наличием инерционного участка спектра турбулентных пульсаций значения турбулентного числа Рейнольдса достаточно велики, хотя бы из-за интенсивных пульсаций скорости. Напротив, в выродившейся турбулентной структуре, представленной только мелкими вихрями, малы значения турбулентного числа Рейнольдса, а коэффициент диссипации соответственно высок. Зна- [c.173]

Изотропность турбулентного течения означает, что пульса-ционные компоненты скорости течения не зависят от направления. Хотя в трубах это условие выполняется лишь вдали от поверхностей стенок, соотношение (4. 3. 8) может быть использовано для турбулентных вихрей в жидкости, размер которых, с одной стороны, много меньше диаметра трубы, а с другой — больше характерного линейного масштаба диссипации энергии Г [47] [c.140]

При течении вязкой жидкости через местные сопротивления, т. е. через места резкого изменения формы пограничных поверхностей труб и каналов, как, например, расширения, сужения, повороты, изломы и т. п., изменяется поле скоростей потока и чаще всего образуются зоны отрыва потока, заполненные крупными и мелкими вихрями (рис. 6.26—6.28). Крупные вихри интенсифицируют процесс диссипации энергии, благодаря чему потери в местных сопротивлениях могут намного превышать потери по длине на участке той же протяженности, что и местное сопротивление. Структура потока, размеры и интенсивность вихрей существенно зависят от режима течения, т. е. от числа Рейнольдса. [c.170]

Уменьшение завихренности во времени является следствием диссипации механической энергии. Таким образом, можно констатировать, что всякая завихренность, возникшая во внутренних точках жидкости, имеет тенденцию к затуханию. Как будет ясно из дальнейшего, генерирование вихрей происходит главным образом вблизи твердых поверхностей, но в толщу потока они проникают ослабленными и лишь на ограниченные расстояния от стенок. Поэтому вне области пристенного пограничного слоя течение можно рассматривать как потенциальное. [c.304]

Кинематическая структура течения с образованием отрывов потока от стенок и вихревых зон схематически показана на рис. 79 (течение через уступ), рис. 83 (течение через внезапное расширение), рис. 84 (течение в диффузоре), рис. 86 (течение через сужение). На фотографиях рис. 80 воспроизведены зафиксированные в опытах картины течений при обтекании прямоугольного выступа. Во всех случаях можно видеть образование отрывов и вихревых зон. Крупные вихри интенсифицируют процесс диссипации энергии, благодаря чему потери в местных сопротивлениях, где указанные явления возникают, могут намного превосходить потери по длине на участке той же протяженности, что и местное сопротивление. [c.183]

Скачкообразное изменение скоростей связано с образованием поверхностей раздела, которые распадаются на вихри с последующим каскадным процессом диссипации энергии вязкой жидкости (см. 17). [c.180]

Уравнение (2.110), называемое уравнением переноса вихрей, показывает, что изменение вихревой напряженности во времени и пространстве связано с диссипацией вихревой напряженности вследствие трения и характером изменения температуры в поле течения. Решая зти уравнения с соответствующими нача.ть-ными и граничными условиями, можно определить ф, со и Т, а затем и W,. [c.120]

Течение через внезапное сужение в результате отрыва в угловых точках сопровождается образованием двух вихревых областей Л и (рис. 7.20, б). Отрыв в угловой зоне А объясняется тем, что давление вблизи угла на вертикальной стенке увеличенное и по- граничный слой на участке горизонтальной стенки АД движется против потока, встречается с пограничным слоем на этой стенке и, взаимодействуя с ним, сворачивается в вихрь. Вихрь подсасывает часть пограничного слоя с вертикальной стенки АЕ. Отрыв в зоне Б обусловлен поджатием потока при огибании угловой точки, где возникают положительные градиенты давления. Зона отрыва Б в зависимости от длины суженного участка U может быть замкнутой (при больших li) или разомкнутой. В этом случае также генерируется повышенная турбулентность и происходит частичная диссипация кинетической энергии. Различие между внезапным расширением и сужением заключается прежде всего в том, что в первом случае течение диффузорное, а во втором — конфузорное. Комбинированные каналы (рис. 7.20, в, г) образуют конфузорно-диффу-зорное и диффузорно-конфузорное течения. [c.260]

Вязкая диссипация / турбулентными вихрями [c.318]

Такое поле может одинаково существовать как в идеальной, так и в вязкой жидкости. В самом деле, движение это безвихревое, а следовательно, повсюду вокруг вихревой линии 2 = 0 уравнения вязкой жидкости при этом не отличаются от уравнений идеальной жидкости, а единственное граничное условие F —о при г —оо одинаково выполняется в обоих случаях. Разница лишь в том, что в идеальной жидкости, где нет диссипации энергии за счет работы сил внутреннего трения, такой вихрь не диффундирует в толщу всего объема жидкости и может сохраняться бесконечно долго, поддерживая указанное установившееся круговое движение частиц без притока энергии извне в вязкой же жидкости для поддержания такого движения необходимо сообщение энергии от источника завихренности, например от вращающегося в жидкости тонкого цилиндра, а если такой источник исчезнет, то постепенно затухнет и движение жидкости. [c.432]

В процессе турбулентной диффузии происходит распад этих крупных вихрей на более мелкие, в которых еще инерционные явления преобладают над вязкими. Такие находящиеся, как говорят, в инерционном интервале масштабов вихри участвуют в конвекции и турбулентной диффузии, но в пренебрежимо малой степени подвержены действию вязкости. Общий процесс дальнейшей деградации вихрей приводит их в конечном счете к мелким вихрям с малым масштабом, на которые уже действует вязкая диффузия и последующая вязкая диссипация кинетической энергии в тепло. Такая каскадная схема ), конечно, несколько грубо передает действительные процессы, происходящие в турбулентных потоках, но правильно описывает общие тенденции. [c.626]

Источник необратимости в процессах б , по существу, не отличается от источника необратимости в случае а , поскольку диссипация кинетической энергии направленного движения путем образования и затухания вихрей при прохождении жидкости через отверстие есть результат трения в жидкости, что свидетельствует о ее вязкости. В гипотетическом случае невязкой жидкости вытекающая из отверстия струя жидкости существовала бы в трубе на неограниченно большом расстоянии от отверстия как своеобразная сердцевина быстро перемещающейся жидкости. В процессах диффузионного перемешивания вязкость также играет существенную роль. [c.127]

В вихревых аппаратах для повышения эффективности процесса перемешивания во внутреннем пространстве поток разделяется на ряд вихрей. Малые линейные размеры вихрей и высокая интенсивность циркуляции в них обрабатываемой среды позволили получить удельную скорость диссипации энергии 600... 1800 Вт/кг. [c.662]

Если близкое к любому из этих движений принять за начальное и ввести в рассмотрение сколь угодно малую вязкость, то под ее влиянием движение быстро перестроится — в силу большой концентрации энергии в окрестности особенностей начнется интенсивная диссипация энергии. В частности, например, движение в круге, когда вихрь помещен в его центре (рис. 50, в) и на границе нет трения, под влиянием вязкости будет стремиться к вращению жидкости как твердого тела. [c.168]

Прнменение завпсимостей (3.10) и (3.11) ограничено толщинами кромки Акр<0>05. Спектр течения (рис. 3.11) показывает структуру следа с дискретными вихрями, расположенными в шахматном порядке по времени. Периодическая нестационарность процесса возникновения и диссипации вихрей в следе создает пульсации давления за кромкой (и в любой точке следа) и волны плотности, отчетливо видимые на фотографиях. [c.116]

Схема вихреобразования в тропосфере иллюстрируется рис. 3,14, по оси абсцисс которого отложены величины, обратные размерам вихрей, а именно, волновые числа при механических колебаниях К=2п1Ь=2п1А. По оси ординат отложены значения спектральной плотности механических колебаний соответствующей длины волны A=L, Спектральный график можно разбить на три области. В области образования вихрей под действием внешних сил (при перемещении воздушных масс) возникают наиболее крупные вихри размером Ьо. В инерциальной области крупные вихри постепенно и последовательно превращаются в более мелкие. При этом энергия крупных вихрей передается более мелким. Потерь энергии не происходит, почему эта область и получила название инерциальной. Наконец, в области диссипации вихри размером меньше [c.143]

Рассмотрим механизм энергопереноса крупными вихрями более подробно. Вследствие радиального фадиента осевой скорости возникают тороидальные вихри, в которых локализуется энергия осевого движения как приосевого, так и периферийного потоков. Под воздействием гироскопического эффекта эти вихри разворачиваются относительно своей криволинейной оси и взаимодействуют с окружным движением, создавая положительный фадиент избыточного давления, что приводит к смещению их на периферию и к последующей диссипации. Для изменения направления момента импульса элемента вихревого кольца необходима энергия, производимая моментом сил. Очевидно, таким моментом может являться вязкий момент сил трения, возникающий между вращающимися приосевым и периферийным вихря- [c.132]

Как отмечалось выше, изменение температуры по радиусу в приосевой области вихревых труб в некоторых случаях не является монотонным. На периферии такая особенность имеет регулярный характер и проявляется в наличии максимума температуры, несколько смещенного от стенки. Видимо, это объясняется тем, что в пристенной зоне радиальный фадиент осевой скорости имеет противоположный знак по отношению к аналогичному в зоне разделения вихрей, т. е. dVJdr< О, что при неизменном направлении вращения потенциального вихря приведет к возникновению пульсаций завихренности по направлению к зоне разделения вихрей и последующей диссипации (рис. 3.25). [c.134]

На типичном энергетическом спектре пульсаций турбулентного потока (рис. 4.26) можно выделить три характерные области. Область а характеризуется наибольшими вихрями, получающими энергию от осредненного течения и передающими ее более мелким вихрям. В этой области спектра с у.меньшением размера вихрей (т. е. с увеличением 1//) их энергия возрастает, достигая максимального значения при размере вихрей /т (так называемые эиергонесущие вихри). По размеру эти вихри близки макромасштабу турбулентности. Эиергонесущие вихри передают энергию более мелким вихрям. Процесс передачи энергии сопровождается распадом крупных вихрей иа более мелкие до тех пор, пока в конечном счете вихри не станут настолько малыми (область с), что будут уже не турбулентными, а вязкими. Именно в этих наименьших вихрях, имеющих размер, близкий к микромасштабу турбулентности, происходит переход турбулентной энергии в тепло (так называемая диссипация энергии). Между областью крупных вихрен с максимальной энергией и областью наименьших вихрей имеется промежуточная область вихрей средних размеров (область б), называемая инерционной областью спектра, [c.181]

Исследование интенсивности пульсаций скорости, автокорреляционной функции и спектральной плотности позволило выявить физическую природу рштенсификации теплообмена в пучках витых труб. Оказалось, что дополнительная турбули-зация потока связана с закруткой и неравномерностью поля скорости в ядре потока. Так, сдвиг энергетического спектра турбулентности в область высоких частот (волновых чисел) по сравнению со спектром в круглой трубе, характеризующий возрастание диссипации энергии, наблюдается во всей области течения и для всех исследованных чисел Ее и Гг . При этом максимальные значения интенсивности турбулентности наблюдаются в следе за местами касания соседних труб, где энергетический спектр сдвинут в область высоких частот в большей мере. Увеличение доли энергосодержащих вихрей с ростом числа Рг (увеличением относительного шага закрутки труб S d) и уменьшение интенсивности турбулентности как за местами касания труб, так и в сквозных каналах, свидетельствует об уменьшении дополнительной турбулизации потока в пучке витых труб. Эти закономерности наблюдаются и при исследовании усредненных характеристик потока (коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления) [39]. [c.82]

Предложена аппроксимация нормированной спектрограммы по отдельным характерным диапазонам спектра [2] диапазону знергосодержащих вихрей, инерционному интервалу и интервалу диссипации. Для этого нормированный спектр отображается на [c.89]

В то же время экспериментальные данные Хирасаки и Лау-сона указывают на недостаток их теории измеренный перепад давления отличался от предсказываемого на порядок Авторы считают, что причина такого расхождения в сложных физикохимических взаимодействиях ПАВ с пленкой при течении. Другая причина повышенного сопротивления ламеллы была высказана Натом и Бюрлей (Nutt и Burley, 1989), экспериментально продемонстрировавшими сложную вихревую картину течения на границе Плато при движении одиночной ламеллы. Возникновение вихрей внутри границы Плато и соответствующее повышение диссипации энергии можно лишь ожидать при достаточно больших скоростях движения ламеллы, точнее, при режимах движения, когда, несмотря на малые капиллярные числа в зависимости перепада давления от скорости появляется и число Рейнольдса. Однако для фильтрационных течений пены такая зависимость не наблюдалась. [c.113]

На основании принципа (108) переход от ламинарного течения жидкости к осредненному турбулентному течению рассматривается как переход от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному, т.е. как процесс самоорганизации [178]. При этом часть энергии системы, которая в ламинарном течении находилась в тепловом движении молекул, переходит в макроскопическое организованное движение" [182]. Согласно гипотезе Мандельброта [6], энергия турбулентной жидкой среды, сосредоточенная в вихрях всех размеров, рассеивается в микроскопической части пространства, имеющей сложную фрактальную структуру. Эти модельные представления соответствуют 1финципу минимума диссипации энергии W = = min, который был использован Хананновым [183] для определения пара- [c.105]

Разрушение, обусловленное ротационной неустойчивостью подсистемы, сопровождается каскадным процессом переноса энергии упругих деформаций с больших масштабов L,+i на меньшие L, вплоть до микромасштаба Lq, где остаток энергии упругих деформаций расходуется на образование новой поверхности разрыва (процесс подобен каскадному дроблению вихрей при турбулизации течения жидкостей). Если доля энергии упругих деформаций т, расходуемая в диссипативных процессах при переходе с одного структурного уровня на другой, не зависит от L, т.е. Т1 = onst, то из закона сохранения энергии с учетом диссипации [c.179]

В общем случае протекание процесса сопровождается взаимодействием между системой и ее окружением. Существует, однако, важный класс процессов, когда состояние системы может изменяться даже при полном отсутствии взаимодействия с окружающей средой. К этому классу относятся процессы перехода изолированной системы из неравновесного состояния в конечное неизменяющееся состояние устойчивого термодинамического равновесия, которое для краткости мы будем называть просто устойчивым состоянием. В качестве простейщего примера можно привести случай перемешиваемой жидкости, на которую в определенный момент времени все внешние воздействия уже не оказывают влияния. Вследствие того что жидкость характеризуется вязкостью, созданные в процессе перемешивания вихри разрушаются за счет вязкой диссипации и в конечном итоге в жидкости устанавливается неизменяющееся устойчивое макроскопическое состояние, хотя случайные перемещения отдельных молекул продолжаются. [c.26]

Рассматривая возможные устойчивые состояния полной системы, можно теперь сделать весьма важное наблюдение. Представим себе, что в исходном положении маятник был отклонен от вертикали, причем воздух внутри яш,ика находился в определенном состоянии (т. е. при определенных давлении и температуре). Допустим далее, что, после того как маятник освобождается, в системе нет никаких взаимодействий (т. е. теплообмена или совершения работы) с окружающей средой. Чтобы устранить взаимодействия, необходимо окружить нашу систему неким гипотетическим идеальным теплоизолятором. Такой изолятор реализует то, что обычно называется адиабатической перегородкой . На практике мы не имеем идеальных теплоизолирующих материалов, однако можгю получить достаточно хорошее приближение к рассматриваемому идеальному случаю. Если нам удалось реализовать такую идеальную теплоизоляцию, то в дальнейшем мы обнаружим, что вследствие вязкой диссипации маятник постепенно перейдет в состояние покоя, соответствующее его устойчивому положению, и все вихри в воздухе также исчезнут, после чего в воздухе установится неизменяющееся устойчивое состояние при несколько более высоких значениях температуры и давления по сравнению с исходными. (Заметим, что гравитационное поле не совершает работы над маятником при его опускании, поскольку при этом потенциальная энергия маятника переходит в кинетическую, которая постепенно диссипирует за счет сил трения маятника о воздух, вследствие чего энергия воздуха возрастает. Разумеется, нам еще предстоит дать определение энергии, и это будет сделано в гл. 5.) Суть нашего важного наблюдения состоит в том, что, сколько бы раз мы ни повторяли данный эксперимент, каждый раз наблюдали бы, что полностью изолированная от внешней среды система из одного и того же начального состояния всегда переходит в одно и то же конечное устойчивое состояние [c.29]

При обработке систем жидкость - твердое тело необходимо обеспечить упорядоченное движение обрабатываемой среды. При этом интенсификация протекающих в аппарате с мешажой процессов достигается за счет увеличения скорости диссипации энергии в единице объема перемешиваемой среды. Наиболее благоприятные условия для увеличения интенсивности перемешивания достигаются при возникновении устойчивого циркуляционного движения. Циркуляция может быть принудительной при наличии замкнутого контура, естественной при возникновении одиночного или парного вихрей или ряда самостоятельных, как правило, парных, обменивающихся между собой вихрей. [c.660]

Наконец, Стокс исследовал случай неустановившегося движения вязкой жидкости, когда общие уравнения вырождаются в уравненйе теплопроводности для единственной ненулевой компоненты скорости движения. Развитие этого направления принадлежит Рэлею ° и связано с первыми исследованиями диффузии вихрей в вязкой жидкости (и устойчивости ламинарного движения). К сочинению Стокса 1851 г. восходит и исследование диссипации энергии в вязкой жидкости, развитое позже Рэлеем. Отметим еще связанную с обоими затронутыми вопросами работу Д. К. Бобылева , исследовайшего роль вязких сил в вихревых движениях жидкости. [c.70]

Смотреть страницы где упоминается термин Диссипация вихря : [c.898] [c.111] [c.104] [c.173] [c.34] [c.198] [c.26] [c.269] [c.181] [c.5] [c.46] [c.84] [c.318] [c.319] [c.90] [c.95] [c.527] [c.442] [c.223] [c.226] [c.585] [c.251] [c.126]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...