Турбулентность анизотропная

Различают три типа турбулентности однородная и изотропная турбулентность (в этом случае характеристики турбулентности, например, осреднен-ные квадраты пульсационных скоростей, в данной точке одинаковы по всем направлениям и не меняются от точки к точке) однородная анизотропная турбулентность (осредненные квадраты пульсационных скоростей одни и те же во всех точках и одинаковым образом зависят от направления) неоднородная турбулентность. [c.396]

Турбулентное течение жидкости в каналах различной формы, в пограничном слое обтекаемых потоком жидкости тел, в следе за обтекаемым телом и в свободной струе является вообще анизотропным и неоднородным. [c.396]

Турбулентный поток, в котором имеется градиент осредненной скорости, называют анизотропным. Поскольку градиент осредненной скорости вызывается напряжением сдвига, то такое движение также называют турбулентностью в потоке со сдвигом /253/. Пристенное турбулентное движение относится к турбулентности со сдвигом /224/. [c.14]

На рис. 13.4 представлены результаты измерения трех составляющих пульсаций скорости в пограничном слое продольно обтекаемой пластины при малой степени турбулентности набегающего потока (е<0,02 %). Здесь б — толщина динамического пограничного слоя. Видно, что турбулентность в пограничном слое является в значительной степени анизотропной — наибольшее значение имеют продольные пульсации скорости (е ), наименьшее — поперечные, перпендикулярные к стенке (ву). Анализ показывает, что положение максимума продольных пульсаций соответствует координате т) = 20 = у /ху,1р1 , — касатель- [c.266]

В зависимости от формы этой поверхности различают однородный (изотропный) турбулентный поток, когда поверхность шаровая, и неоднородный (анизотропный) поток, когда конец вектора скорости описывает более сложную замкнутую поверхность. [c.126]

Такая турбулентность, при которой все составляющие пульсаций равны между собой, называется изотропной. Любые реальные течения, имс ющие градиенты осредненных скоростей, являются в общем случае анизотропными (пульсационные составляющие различны по величине). [c.180]

Движение теплоносителя в активной зоне ядерных реакторов является, как правило, турбулентным. Процессы, связанные с турбулентностью, сравнительно легко поддаются решению только в некоторых простых случаях. При решении же задач гидродинамики и теплообмена в активной зоне трудность описания турбулентного потока усугубляется сложностью геометрических форм элементов активной зоны, неравномерным характером энерговыделения и необходимостью определения локальных характеристик. Эти обстоятельства потребовали применения комплексного расчетно-экспериментального подхода к решению задач и создания новых методов (приближенное тепловое моделирование, учет анизотропности турбулентного обмена в сложных каналах, модель пористого тела и т. п.) с широким применением ЭВМ. На наш взгляд, только комплексный подход позволит получить наиболее полное представление о сложных процессах гидродинамики и теплообмена в активных зонах реакторов и создать надежные расчетные рекомендации. Диапазон теплогидравлических расчетов весьма широк от инженерных оценок по приближенным формулам до численных расчетов на математических моделях с помощью ЭВМ в зависимости от стадии проектирования ядерного реактора и степени изученности тепло-физических процессов. [c.7]

Относительное изменение завихренности при и ) = 6 м/с, со = 2000 Со = 300 м/с и Vq = 0,14-10 mV показано на рис. 88. Из этого рисунка видно, что в случае изотропной турбулентности взаимодействие незначительное, тогда как при достаточно большой анизотропности вихрей изменения могут быть значительными. Наиболее существенное взаимодействие проис- [c.193]

Поскольку анизотропность турбулентности обычно рассматривается в зависимости от размеров вихрей, в работе [12] были использованы спектральные распределения продольной пульсационной составляющей скорости [c.75]

Подобно термодинамически равновесным распределениям С. н. р. обращают в нуль интеграл столкновений, однако они существуют только при наличии потока к.-п. сохраняющейся величины в импульсном пространстве, поддерживаемом источником и стоком. Начиная со слаботурбулентных С. н. р. (КС) волн, полученных В. В. Вахтовым (1965), идея об эстафетной передаче по масштабы интегралов движения (сохраняющихся величин) была широко использована при рассмотрении турбулентности в плазме, твёрдом теле, жидкости были получены изотропные и анизотропные С. и. р. (КС), соответствующие переносу постоянных в импульсном пространстве (или пространстве волновых чисел) потоков энергии, имНульса, числа частиц, волнового действия. [c.678]

Формулировка задачи о построении анизотропных алгебраических определяющих соотношений. Для замыкания осредненных уравнений Навье-Стокса (уравнений Рейнольдса) в случае использования моделей для турбулентной вязкости применяются дополнительные алгебраические определяющие соотношения, которые связывают тензор напряжений Рейнольдса — с тензором [c.576]

Существующие анизотропные модели турбулентности, использующие зависимости вида (1.2), тестировались в основном на сравнительно простых двумерных течениях, например, на течении за обратным уступом [8]. Однако подобные течения вполне удовлетворительно описываются и при помощи обычных изотропных моделей [9]. [c.578]

В качестве основных примеров, на которых тестировалась анизотропная модель турбулентности, были выбраны следующие дву- и трехмерные течения. 1) двумерное течение вблизи стенки, движу- [c.578]

Основная цель работы — разработать такие определяющие соотношения, которые позволят с приемлемой для практики точностью описать все перечисленные течения. Для достижения этой цели, в частности, требуется учесть дополнительно анизотропию напряжений Рейнольдса, связанную только с наличием твердой поверхности (при отсутствии градиентов средней скорости). Кроме того, предлагается устранить один из недостатков, характерный для большинства известных определяющих соотношений и связанный с отсутствием анизотропных линейных слагаемых. Подобные слагаемые должны играть существенную роль при описании анизотропии турбулентности, по крайней мере в пристеночных течениях. Причем в этих слагаемых градиенты средней скорости могут или совсем не быть связаны с тензором напряжений Рейнольдса или быть связаны с ним соотношением более общего вида, чем (1.1). Что касается нелинейных слагаемых, то они должны играть стабилизирующую роль, предотвращая возможные нарушения принципа реализуемости [8] в областях с большими градиентами скорости. Наконец, необходимо проверить качество новой модели путем сравнения расчетов с экспериментом для всех перечисленных течений. [c.579]

Так как в трехмерной пристеночной струе уровень турбулентной вязкости, рассчитанный по оригинальной версии модели С-А оказался вблизи стенки заниженным, пришлось увеличить роль слагаемого, связанного с ее порождением. Для этого при вычислении порождения турбулентности учитывались дополнительные анизотропные слагаемые в связи тензора напряжений Рейнольдса с тензором скоростей деформации. Эта модификация описывается соотношениями (4.5). Наконец, в диффузионном слагаемом в уравнении для г/ также были внесены уточнения, связанные с анизотропией коэффициентов переноса (слагаемые с (72 = 3 в (4.4)). [c.587]

Главная особенность течения в трехмерной пристеночной струе связана с сильной анизотропией ее расширения в вертикальном и поперечном направлениях. При этом уровень поперечной компоненты скорости намного больше, чем в свободной струе, а полная поперечная ширина струи 2В в 8-10 раз больше, чем ее вертикальная толщина Ву. Разработанная анизотропная модель турбулентности дает при [c.591]

Баланс энергии в турбулентном следе за воздухозаборником с тупым центральным телом был исследован Роузом [80] на основе рассмотрения экспериментальных данных и главных членов уравнений количества движения и энергии для осредненного и вторичного движения. Явления возбуждения и диссипации турбулентности в турбулентных следах этих типов, как и ожидалось, очень сложные, тем не менее можно утверждать, что основная зона возбуждения турбулентности находится между завихренным ядром и основным потоком. Кроме того, можно определить диссипацию анергии даже в зонах неоднородной анизотропной турбулентности с помощью одной лишь производной скорости вместо девяти производных, входящих в обобщенную диссипативную функцию. Потери энергии в основном потоке почти исключительно связаны с возбуждением турбулентности [80]. [c.123]

Остановимся теперь на основных идеях принадлежащей Колмогорову теории локально изотропной турбулентности (или теории локального строения турбулентности при больших числах Рейнольдса). Прежде всего Колмогоров существенно дополнил представление о каскадном процессе передачи энергии от крупномасштабных компонент (получающих энергию непосредственно от осредненного течения) ко все более и более мелкомасштабным компонентам, заметив, что вследствие хаотичности такой передачи энергии ориентирующее влияние среднего течения должно ослабляться при каждом переходе к более мелким возмущениям. Поэтому на свойствах компонент турбулентности с достаточно малым масштабом (т. е. достаточно большим порядковым номером ) это ориентирующее влияние не должно сказываться. Другими словами, несмотря на то, что среднее течение и наиболее крупномасштабные неоднородности реальных турбулентных движений, вообще говоря, неоднородны и анизотропны, статистический режим достаточно мелкомасштабных пульсаций в любой турбулентности с очень большим числом Рейнольдса можно считать однородным и изотропным. [c.17]

В формуле (7.24) учитывается, что турбулентная диффузия, вообще говоря, анизотропна. При использовании тензора масштабов турбулентности Uj можно предполагать, что анизотропность коэффициентов турбулентной диффузии будет такой же, как и [c.347]

Известный зарубежный газодинамик Бай Ши-И [88] указывает, что большинство теорий рассматривает только простейшую форму турбулентности — изотропную турбулентность анизотропная же турбулентность наименее разработана. Между тем в подавляющем большинстве случаев движущимся средам, в особенности горящим газовым потокам, свойственна именно анизотропная турбулентность. Не удивительно, что такое грубое допущение, как сведение анизотропной структуры к изотропной, приводит, как отмечает Бай Ши-И [88], к совершенно ошибочным выводам относительно интенсивности турбулентности и пути смешения. Выполненные по теории Тейлора, они резко не совпадают с данными эксперимента. Поэтому вследствие отсутствия надежных теоретических выводов по турбулентному движению вязкой жидкости, заключает автор, приходится опираться только на данные опыта. [c.63]

При закрутке на входе по закону твердого тела турбулентность является существенно анизотропной наибольшее значение имеет радиальная составляющая, наименьшее — поперечная [37]. По длине трубы вследствие уменьшения интенсивности закрутки продольные и поперечные пульсации в периферийной области постепенно возрастают до 5—7%, а в приосевой уменьшаются до 6—10%. Радиальная составляющая 8 при затухании закрутки также уменьшается. Относительное значение ту] улентной энергии, равное отношению энергий пульсационного и осредненно-го движений, максимально в приосевой области и может достигать 0,04—0,06, что значительно больше, чем при осевом течении в трубах [197]. На рис. 3.11,5 приведены также данные, характеризующие радиальное распределение турбулентного напряжения трения Основной особенностью распределения является смена знака его абсолютного значения, что обусловлено наличием областей активного и пассивного воздействия центробежных массовых сил на структуру течения. По мере затухания закрутки касательные напряжения у стенки уменьшаются, а в приосевой области увеличиваются. Одновременно радиус нулевого значения смещается к оси. [c.116]

По мере продвижения вдоль трубы под действием турбулентной вязкости окружной момент импульса снижается по экспоненциальной зависимости. Это приводит к уменьшению минимального радиуса распространения свободного вихря, к снижению радиуса разделения вихрей Гз и к росту давления в приосе-вой области. Возрастание давления в приосевой области по мере удаления от соплового ввода к дросселю вихревой трубы приводит к появлению осевого градиента давления в этой области, направленного от дросселя к сопловому вводу, т. е. к отверстию диафрагмы. Высокая степень анизотропной турбулентности, интенсивность которой в радиальном направлении значительно (примерно на порядок) превосходит интенсивность турбулентности вдоль оси [15, 18, 52, 62, 174, 191, 197, 244], обеспечивает энергомассоперенос, в процессе которого турбулентные моли, перемещаясь с одной радиальной позиции на другую, соверщают микрохолодильные циклы (рис. 4.5). [c.169]

В качестве введения в задачу о взаимодействии многофазной среды с телом oy и Тьен [742] расс.мотрели движение отдельной сферической твердой частицы вблизи стенки, обтекаемой турбулентным потоком жидкости. Теоретический анализ содержал основное уравнение движения, описывающее влияние стенки на двухфазный турбулентный поток, и решение уравнений, включающее лишь наиболее существенные процессы, которые протекают в стацпонарных условиях. Упрощенная физическая модель рассматрпвае.мых явлений представляла собой сферическую твердую частицу в полубесконечном турбулентном потоке жидкости, ограниченном бесконечно протяженной стенкой (фиг. 2.10). Размер частицы предполагался настолько малым в сравнении с раз-меро.м вихря пли микромасштабом турбулентности потока, что вклад различных пульсаций скорости был линеен. Описание характера движенп.ч потока строилось на основе данных по распределению интенсивностей и масштабов турбулентности [105, 418, 468]. Течение, особенно вблизи стенки, является анизотропным и неоднородным. Тем не менее в качестве основного ограничивающего допущения было принято представление о локальной изотропно- [c.58]

Однако в пучках витых труб эта связь практически не реализуется [39] Это можно объяснить как влиянием конечности размеров источника и неравномерности поля скорости в ядре потока, так и загромождением исследуемого потока витыми трубами. Это приводит к тому, что нагретые частицы вблизи устья струи успевают пройти большое число не коррелированных между собой различных путей от источника до рассматриваемой точки, хотя распределения пульсационных скоростей при числах Ее > Ю" в ядре потока и приближаются к нормальному закону распределения. При числах Ее < Ю наблюдается отклонение пульсаций скорости от закона Гаусса в пучке витых труб, что свидетельствует об анизотропности турбулентности в таких пучках в этом диапазоне чисел Ее. Поэтому в закрученном пучке витых труб метод диффузии тепла от источника использовался только для определения коэффициента а. его применение оправдьшалось совпадением экспериментальных распределений температур с гауссовским распределением, хотя основные допущения теории Тэйлора в данном случае не выполняются строго. В экспериментах источник диффузии имел радиус, примерно в три раза превышающий радиус витой трубы. В этом случае свойства потока индикаторного газа (нагретого воздуха) и основного потока одинаковы, Это позволяет получить достаточно надежные опытные данные по коэффициенту В то же время если в работе [39] для прямого пучка витых труб, где радиус источника, бьш равен радиусу витой трубы, удалось оценить значение интенсивности турбулентности по уравнению (2.9), то в данном случае это исключается из-за больших размеров источника. Для увеличения точности определения коэффициента опыты по перемешиванию теплоносителя в закрученном пучке проводились при неподвижном источнике диффузии, а для определения полей температуры на различном расстояниии от него в витых трубах были установлены термопары. При этом измерялась температура стенок труб (т.е. температура твердой фазы в терминах гомогенизированной модели течения). Эта методика измерений могла приводить к погрешностям в определении коэффициента ) г, поскольку распределения температур в ядре потока теплоносителя и стенки труб различны, а следователь-различны и среднестатистические квадраты перемещений, а также и причем это различие, видимо, носит систематический характер. Подход к учету поправки в определяемый коэффициент Df при измерении температуры стенки изложен в разд. 4.2. [c.55]

Формула указывает на прямую зависимость Яэф от скорости частиц и плотности слоя и обосновывает наличие максимума в зависимости эффективной теплопроводности от скорости фильтрации. Но проводимая Бондаревой, а также О. М. Тодесом [Л. 1024] аналогия с теплопроводностью сплошной среды имеет существенные недостатки. Во-первых, молчаливо принимаемое ими допущение об изотропной турбулентности лсевдоожижеиного слоя явно не соответствует действительным свойствам последнего— анизотропному перемешиванию частиц. Во-вторых, на основании этой аналогии не удалось объяс- [c.315]

Мелкомасштабная Т., возникаюпшя в результате последовательного каскада большого числа пространственных и временных бифуркаций, приводящих к полно.му разрушению первичных структур, в конце концов оказывается устроенной настолько сложным образом, что идентифицировать структуры можно не во всяких печениях. Эго можно сделать, напр., в сильно неоднородных и анизотропных течениях, когда на топологию структур существенно влияют динамич, и кинематич. ограничения, связанные с геометрией потока. Примерами подобных структур могут служить продольные вихри в сдвиговых течениях, генерируемые вблизи седловых точек поля скорости крупномасштабных структур, рябь и гюдковы на спиральных вихрях при обтекании вращающихся тел (рис. 8). Такие структуры обнаруживаются не только в области перехода, но и в полностью развитом турбулентном течении. Интересна [c.182]

X. Драйден [Л. 166] предположил, что величина —и и может быть связана с локальной анизотропной турбулентностью и что tg2Y можно принять приблизительно постоянным числом. Д. Росс подтвердил эту гипотезу и по данным [Л. 221, 301] нашел, что tg2Y iO,75, т. е. [c.304]

Разработаны новые анизотропные алгебраические определяющие соотношения для тензора напряжений Рейнольдса, позволяющие правильно моделировать турбулентные трехмерные течения, которые не удается описать с помощью традиционных современных полуэмпирических моделей турбулентности. В эти соотношения кроме известного нелинейного слагаемого Саффмана включены новые линейные члены, учитывающие влияние стенки. Проведены численные расчеты нескольких двухмерных и трехмерных турбулентных течений с использованием осредненных уравнений Навье-Стокса. Результаты расчетов сопоставлены с известными опытными данными. [c.576]

Из соотношений (1.1) следует, что направления главных осей тензоров uiUj) и Sij совпадают. Этот вывод, однако, экспериментально не подтверждается даже для простых турбулентных течений с поперечным сдвигом [1]. Так, например, в пограничном слое и в однородном сдвиговом течении углы направлений главных осей этих тензоров могут различаться в 2 раза. В двумерных сдвиговых течениях в каналах, струях и следах осредненное течение определяется лишь одной компонентой тензора напряжений — (г lг 2) Поэтому отмеченная принципиальная неточность зависимости (1.1) может быть скорректирована удачным выбором эмпирических постоянных, входящих в модель для определения турбулентной вязкости. Однако дефекты соотношения (1.1) все равно остаются при описании анизотропной турбулентности даже в простейших течениях. Так, например, в бес-сдвиговом пограничном слое над движущейся стенкой [2, 3] градиенты скоростей отсутствуют (Sij = 0) и, следовательно, зависимость (1.1) не позволяет учитывать анизотропию турбулентности. Однако эксперименты [2, 3] показывают существенную разницу между компонентами пульсаций скорости. [c.577]

В правой части (2.1) Bij — тензор, не зависящий от градиентов средней скорости и необходимый для правильного описания анизотропной турбулентности в пристеночных течениях с однородным профилем скорости. Второе слагаемое в правой части (2.1) — линейное по градиенту скорости — суперпозиция анизотропной Aijkm и изотропной составляющих турбулентной вязкости. Последнее слагае- [c.579]

Для аппроксимации анизотропного слагаемого Bij в (2.1), не содержащего градиента средней скорости, рассматривается течение в бессдвиговом пограничном слое Sij = Wij = 0). Вне очень тонкого пристеночного слоя, где турбулентная вязкость мала, продольную и поперечную пульсационные компоненты скорости можно аппроксимировать зависимостям и onst и V d (см. [2, 3]). Кроме того, в случае бессдвигового пограничного слоя турбулентность является однородной вдоль направлений, параллельных стенке. Следовательно, в системе координат, связанной со стенкой, слагаемое Bij имеет только нормальные компоненты. Используя приведенные выше рассуждения, можно записать [c.581]

Задание компонент тензора напряжений Рейнольдса при помощи (2.10) позволяет провести замыкание динамических уравнений определяющей системы уравнений. Однако эта система включает еще уравнение для модели турбулентности и может содержать также уравнение для энергии (температуры) и других скалярных параметров течений. В уравнениях такого типа в случае анизотропной турбулентности естественно предположить, что члены с диффузионными потоками, нормальными к стенке, меньше, чем с потоками, направленными вдоль стенки. Турбулентная диффузия любого скалярного параметра Z связана с корреляцией — zuj), где 2 — пульсаци-онное, а, Z — осредненное значение этого параметра. По аналогии с описанным выше подходом запишем [c.586]

Анизотропная модель турбулентности позволяет с приемлемой для практики точностью рассчитывать сложные трехмерные турбулентные течения, которые не удается описать с помощью традиционных современных полу эмпирических моделей турбулентности, использующих простейшие определяющие соотношения между тензорами турбулентных напряжений Рейнольдса и скоростей деформации. Модель протестирована для достаточно широкого класса течений. В частности, проведены численные расчеты течений в беседвиговом пограничном слое, в двумерной пристеночной струе, в свободной трехмерной прямоугольной струе, в канале с квадратным сечением, в трехмерной пристеночной струе. Показано удовлетворительное согласование с известными экспериментальными данными. [c.593]

Путем сопоставления значений коэффициентов теплоотдачи, вычисленных по формуле ( 111-45), с измеренными, установлено, что последние оказываются значительно больше первых, при некоторых условиях, в два и более раз. Высказано предположение о том, что такая большая разница между вычисленными и измеренными коэффициентами теплоотдачи обусловлена влиянием свободной турбулентности, натекающего потока газа на процесс переноса теплоты в пристеночном пограничном слое. Различают пристеночную турбулентность, возбужденную неподвижной стенкой, причем стенка оказывает на турбулентность постоянное влияние, и свободную турбулентность, которая возникает при отсутствии твердых стенок. Свободная турбулентность в струях возникает в результате взаимодействия струи с окружающей средой. Турбулентность в струях анизотропная, т. е. ее систематичес-ские характерные особенности зависят от направления. [c.186]

При моделировании коэффицентов турбулентной диффузии D для всевозможных атмосферных компонентов (в том числе загрязняющих примесей) необходимо учитывать такие факторы, которые оказывают наиболее существенное влияние на их перемешивание (рассеяние). В частности, в первую очередь необходима априорная оценка пути перемешивания (масштаба турбулентности), или его аппроксимация, с учетом термической (или/и концентрационной) стратификации атмосферы, которая и определяет в конечном счете характер диффузионных процессов (см.разд. 3.3.2.). Как уже упоминалось, в общем случае анизотропного пульсационного поля скоростей (концентраций) диффузионный пере- [c.20]

На возможность получения информации о статистических параметрах турбулентности при изучении взаимодействия световой волны и турбулизованной газовой среды впервые было указано в работе Обухов, 1953). Принципиальные возможности и перспективы развития подобных исследований широко обсуждались в литературе (см., например, Рытое, 1937 Татарский, 1967 Гурвич и др., 1976)). В отличие от хорошо изученного как теоретически, так и экспериментально, приповерхностного слоя Земли, сведения о турбулентности в средней атмосфере сравнительно немногочисленны. Известно, что вертикальная и горизонтальная структура турбулентности в свободной атмосфере неоднородна. В частности, до высоты стратопаузы существуют слои, которые характеризуются резкими градиентами скорости ветра и температуры, а в ряде случаев - наличием регулярных внутренних гидродинамических волн, являющихся источником энергии турбулентного нагревания Александров и др., 1990 Гаврилов, 1974). Нет достаточно полных сведений о вариациях спектра пульсаций показателя преломления атмосферных газов, учитывающих слоистую структуру атмосферы и особенности, связанные с макромасштабными метеорологическими явлениями. Основываясь на измерениях микроструктуры скорости ветра и температуры в таких слоях можно, тем не менее, считать, что соответствующие спектры близки к степенным. Это позволяет, при учете влияния атмосферной турбулентности на характер распространения зондирующего излучения, использовать в малых областях, пространственные масштабы которых много меньше внешнего масштаба турбулентности Ь (связанного с характерным размером крупных анизотропных энергонесущих вихрей), теорию локально-однородной и локально-изотропной турбулентности Татарский, 1967). [c.274]

Структурная функция показателя преломления. Мелкомасштабные неоднородности показателя преломления воздуха п г) в оптическом диапазоне длин волн определяются, главным образом, хаотическими пространственно-временными вариациями температуры. Микропульсации поля температуры, в свою очередь, появляются в результате турбулентного перемешивания в термически стратифицированной атмосфере. Многочисленные наблюдения рефракции света из космоса Гречко и др., 1981), показали, что в верхней тропосфере и стратосфере постоянно присутствуют мелкомасштабные температурные неоднородности, представляющие собой сильно анизотропные слоистые образования. На существование анизотропных неоднородностей показателя преломления в стратосфере определенно указывают также исследования по радиолокационному зондированию стратосферы, в которых зафиксировано значительное превышение эхо-сигналов при вертикальном зондировании над сигналами при наклонном зондировании (Роттжер и др., 1981). [c.288]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...