Конвекция и устойчивость

Жидкость может находиться в механическом равновесии (т. е. в ней может отсутствовать макроскопическое движение), не находясь при этом в тепловом равновесии. Уравнение (3,1), являющееся условием механического равновесия, мол<ет быть удовлетворено и при непостоянной температуре в жидкости. При этом, однако, возникает вопрос о том, будет ли такое равновесие устойчивым. Оказывается, что равновесие будет устойчивым лишь при выполнении определенного условия. Если это условие не выполняется, то равновесие неустойчиво, что приводит к появлению в жидкости беспорядочных течений, стремящихся перемешать жидкость так, чтобы в ней установилась постоянная температура. Такое движение носит название конвекции. Условие устойчивости механического равновесия является, другими словами, условием отсутствия конвекции. Оно может быть выведено следующим образом. [c.22]

Покрытия ТВЭЛ реактора EL-4 выполнены из нержавеющей стали. Топливом служит силав на основе циркония (1,6—2,5% меди), допускающий более высокую температуру газа., В системе СУЗ применены стержни с поглотителями. Предусмотрено аварийное расхолаживание реактора за счет естественной конвекции и инерции газодувок, устойчиво работающих при температуре до 240° С. [c.165]

Для специалистов в области конвекции и гидродинамической устойчивости. [c.2]

При постановке задачи устойчивости конвективного течения ( 1) предполагалось, что физические параметры жидкости являются постоянными величинами. В действительности эти коэффициенты зависят от температуры и давления. Наиболее существенным эффектом является температурная зависимость вязкости. Практически интересные разности температур часто соответствуют изменению вязкости в несколько раз, а иногда и по порядку величины. Учет температурной зависимости вязкости особенно важен при описании конвективной устойчивости высоковязких жидкостей, поскольку в таких жидкостях интенсивная конвекция и неустойчивость возникают при достаточно больших разностях температур. [c.74]

Устойчивость пограничного слоя на плоской пластине при свободной конвекции и при вынужденном конвективном течении экспериментально исследована Э. Р. Г. Эккертом [ ], [ ]. [c.476]

Приблизительно через 10 мксек после начала пробоя в канале при давлении около I ат плотность тока обычно падает от первоначальной величины (около 10 а см ) до примерно 3 10 а/сл , а затем медленно уменьшается до значения, характерного для устойчивой дуги, т. е. примерно до 10 а/см [Л. 1в]. Приближение к окончательному устойчивому состоянию может продолжаться длительный отрезок времени (порядка минут), в течение которого идут медленно протекающие процессы, например конвекция и теплопроводность в газе и электродах. [c.101]

Рис. 56. На этом рисунке изображены изменения несколько другого типа. Тот же тропический воздух Мексиканского залива удаляется от области формирования ночью, проходя над более прохладной землей. Кучевые облака, показанные слева, над сушей уменьшаются благодаря устойчивости, вызванной охлаждением снизу. Это охлаждение и стабилизация воздуха могут оказаться достаточными для образования в ночное время внутри воздушной массы слоистых облаков. При таких условиях конвективные кучевые облака исчезают. Если путь воздушной массы пересекает горы, как показано справа, подъема, вызываемого горами, обычно бывает достаточно для перехода в состояние неустойчивого равновесия и возникновения энергичной конвекции и сильных гроз.

Для модельного уравнения, описывающего конвекцию и диффузию в одномерном случае, составить расчетную тестовую программу для исследования влияния на устойчивость переменности по пространству скорости конвекции и. (Эта задача, допускающая неограниченное множество решений, может охватить многие возможные комбинации конечно-разностных схем для расчета внутренних точек, начальных условий, граничных условий и т. д. Она может быть предназначена в качестве работы на досуге или в качестве темы диссертации на степень доктора философии. Задача особенно эффективна как учебная, когда студенты исследуют различные схемы.) [c.531]

Воспламенение заряда твердого топлива остается до некоторой степени экспериментально отрабатываемым процессом [3, 8, 30] В процессе воспламенения необходимо повысить температуру поверхности заряда до величины, превышающей температуру самовоспламенения, в определенный промежуток времени. При неуста-новившемся процессе теплообмен происходит посредством конвекции и, главным образом, в результате излучения и соударения горячих твердых или жидких частиц с поверхностью. Кроме того, в процессе воспламенения необходимо повысить давление в камере сгорания до величины, превышающей минимальное давление, необходимое для устойчивого горения. Поэтому необходимо, чтобы при воспламенении образовывался достаточно большой объем газа. [c.237]

Решена задача о развитии конвекции в бинарной смеси у бесконечной вертикальной пластины, на которой заданы постоянный (после включения в начальный момент) поток тепла и нулевой поток примеси. Отдельно рассмотрены случаи нейтральной и устойчивой плотностной стратификации среды. Найдено, что приток тепла в среду может приводить не к повышению, а к понижению ее температуры. Это можно интерпретировать в терминах эффективной отрицательной теплоемкости стратифицированной бинарной смеси. [c.92]

Мы опускаем здесь и ниже индекс нуль у равновесных значений термодинамических величин ось z направлена вертикально вверх, а 0 есть угол между осью г и направлением к. Положительность выражения (13,6) обеспечивается условием устойчивости равновесного распределения х(г) (условием отсутствия конвекции, см. 4). [c.64]

Явление кризиса кипения при вынужденной конвекции заключается в нарушении устойчивости движения жидкости и пара его физическая природа та же, что и при кипении в большом объеме. Однако при вынужденном движении явление носит более сложный характер, так как пар отводится от поверхности нагрева в условиях движущейся в заданном направлении жидкости. [c.480]

Представляет большой интерес выяснение сценариев перехода от периодического режима, отвечающего наличию устойчивого цикла на торе, к режиму непериодических колебаний, которому может соответствовать странный аттрактор. Это важно, в первую очередь, потому, что численное и лабораторное или даже натурное исследование большого количества физических и других задач (течение Куэтта, конвекция в плоском слое жидкости, генерация колебаний и радиотехнических и СВЧ генераторах и т. д.) показывает, что возникновение стохастических колебаний при разрушении двумерного тора, на котором число вращения рационально, — широко распространенное явление. Прежде, чем инвариантный тор разрушится, он должен потерять гладкость, оставаясь еще некоторое время топологическим подмногообразием фазового пространства. Способы потери удобно демонстрировать на примере отображения кольца в себя, которое при начальных значениях параметров имеет гладкую инвариантную кривую. Конкретный вид отображения здесь несуществен, например, оно может быть таким, как в [34], или [c.49]

Результаты испытаний в кипящем натрии при естественной конвекции показали хорошую сопротивляемость при длительном воздействии ( 5000 час.) тугоплавкого сплава на основе ниобия (с добавкой 1% Zr), а также молибдена и тантала при температурах 1100—1200° С. Чистый ниобий в тех же условиях оказывается менее устойчивым к воздействию натрия (межкристал-литная коррозия на глубину 0,15 мм). [c.293]

Линия 7—1 на рис. 2 интерпретирует температуру, отвечающую координате спинодали для воды при атмосферном давлении, соответствует линии 1 на рис. 1, и характеризует термодинамический предел устойчивости жидкой фазы. Абсцисса точки Ж — пересечения линий 1—I и БЕЖ — может рассматриваться в качестве теоретического предела критических тепловых потоков в условиях свободной конвекции. [c.47]

По мере увеличения толщины паровой пленки она приобретает устойчивый характер, при котором коэффициент теплоотдачи сохраняется почти постоянным, мало зависящим от теплового потока. Однако влияние давления при пленочном кипении, так же как и при ядерном, имеет место (рис. 4-3), Поскольку через паровую пленку, кроме тепла за счет теплопроводности, проходит тепло и за счет лучистого теплообмена, то на коэффициент теплоотдачи оказывают влияние коэффициенты излучения поверхности теплообмена, поверхности жидкости, а также излучающие свойства самого пара. Тепло, которое проходит через паровой слой и передается с внешней поверхности в объем кипящей жидкости путем конвекции, увеличивается с увеличением скорости и недогрева жидкости вследствие этого увеличивается и общий коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении. [c.243]

И пленочное, при котором поверхность теплообмена отделена от массы жидкости сплошным паровым слоем и теплоотдача резко уменьшается. В условиях вынужденного движения двухфазного потока пограничный слой является более устойчивым, чем при свободной конвекции. Поэтому переход пузырькового режима в пленочный при вынужденной конвекции возможен при более высоких плотностях теплового потока, чем в условиях свободного движения жидкости. [c.266]

Рекомендации по численному решению задач свободной конвекции в емкостях приведены в [14, 34, 71, 94]. Решения получены до значений чисел Релея 10 . Возможность получения решений при больших числах Релея была показана в (34 ) путем введения автоматической коррекции разностного оператора. Установлено, что при больших числах Релея, когда схемные коэффициенты переноса превосходят молекулярные, для сохранения устойчивости решений и равномерной сходимости следует опустить в уравнениях диффузионные члены. Подход к численному решению уравнений в замкнутой области можно проиллюстрировать па примере свободной конвекции жидкости в горизонтальной трубе. Математическая модель задачи описывается системой уравнений движения, энергии и неразрывности [c.187]

Режимы кипения. Различают по крайней мере три режима кипения жидкости в большом объеме естественная или свободная конвекция пузырчатое кипение пленочнбе кипение (при этом между пузырчатым и устойчивым пленочным кипением имеется переходный режим). [c.468]

При давлениях насыщения от 1 до 150 мм рт. ст. и тепловых нагрузках менее 10 вт/м отвод тепла осуществляется преимущественно конвекцией и теплопроводностью. СТпытные данные хорошо описываются предложенной зависимостью (6). При давлениях более 150 мм рт. ст. характерно возникновение неустойчивого режима кипения, сопровождающегося пульсациями температуры теплоотдающей стенки. Величина пульсаций увеличивается при понижении давления насыщения. При данном давлении уровень пульсаций может быть оценен как разность температур стенки в режимах устойчивого и неустойчивого кипения, рассчитанных но соответствующим зависимостям (2) и (3)—(5) при значениях q, близких к gr . [c.257]

Испытательная камера 11 состоит из сосуда с двойными медными стенками 15 и малого внутреннего сосуда 16, как чехол окружающего образец 23, закрепленный между верхней 12 и нижней 13 траверсами машины через захваты 20 и 21. Промежуток между двойными стенками заполняется стекловатой 17, а наружный сосуд обшивается листовым войлоком 24 толщиной около 20 мм. Деревянная крышка 18 препятствует притоку тепла конвекцией из воздуха. Чехол обеспечивает ограниченное и устойчивое влияние паров охладителя, непосредственно окружающих испытуемый образец 23. Охладитель в виде паров азота заполняет испытательную камеру через спиральную трубку 19, намотанную вокруг головки верхнего захвата 20. Спиральная трубка, изготовленная из экранированной светлой меди, имеет отверстия в нижней части, что устраняет какую-либо возможность каплеобразо-вания на поверхности образца при скорости истечения и температуре, допускающей перелив жидкости в испытательную камеру. Помимо распределения холодных паров, спираль предохраняет образец от нагрева при подводе тепла к образцу через верхний захват. Выходящие из донных отверстий спирали холодные пары жидкого азота протекают по поверхности образца к нижнему захвату 21, охлаждают образец и затем устраняют приток тепла от нижнего захвата. Малый внутренний сосуд 16 способствует стабилизации температуры образца. Сосуд 16 при помощи кольца 22 крепится к верхнему захвату 20. Холодные пары из испытательной камеры удаляются через слегка увеличенное отверстие в крышке, где проходит верхний захват, также значительно уменьшая приток тепла. В результате такого направленного течения паров головки верхнего и нижнего захватов образец и чехол имеют очень близкую температуру. [c.12]

Функциональные характеристики подшипника. В этот класс параметров входят соображения о механическом, гидродинамическом и тепловом подобии, позволяющие правильно использовать экспериментальные данные и даже установить условия работы (ламинарный или турбулентный гидродинамический режим течения смазки) и охлаждения (излучение, конвекция). Режим смазки и рабочая температура также являются основными характеристиками. В эту же категорию входят и местные деформации поверхностей, изменяющие форму смазочной пленки и наклон поверхностей, в частности относительный эксцентрицитет, который определяет также взаимное положение шип--Екладыш у круглых цилиндрических подшипников и который, в свою очередь, обусловливается внешними данными. Динамическое поведение жидкой несущей пленки, ее колебания и устойчивость являются элементами, делающими иногда невозможной нормальную работу некоторых пар трения, которые пока что были изучены односторонне. Знание граничных условий для смазочной пленки совершенно необходимо для расчета и затем для предписания правильных условий эксплуатации. [c.34]

Здесь мы ограничимся обсуждением режима устойчивого пленочного кипения для случая большого объема неподвижной жидкости. Пленочное кипение прн вынужденной конвекции и явление Лейденфроста обсуждаться не будут. Сначала мы сосредоточим внимание на описании физических явлений, влияющих на процесс [c.196]

Имеются данные [8], что явление гистерезиса, отмеченное при кипении в большом объеме (рис. 4.7), в режиме кипения при вы- нужденной конвекции отсутствует. Как сообщается в работе [8], Стивенс наблюдал, что при уменьшении теплового потока в режиме устойчивого пленочного кипения фреона-12 переход к пузырьковому кипению происходит по тому же пути, что и при переходе от пузырькового к пленочному кипению (рис. 8.2). Исследование кипения воды при давлении бар [9] также указывает на отсутствие явления гистерезиса. С другой стороны, в работе [10] отмечалось наличие гистерезиса при кипении изопропилового спирта и дистиллированной воды при низких давлениях. Однако имеющиеся экапериментальные результаты недостаточны для выяснения истинного поведения кривой кипения при вынужденной конвекции и тепловом потоке, близком к минимальному. [c.219]

Холодный воздух, сухой и устойчивый, вступает с наветренной стороны озера, слева. Вследствие испарения из озера содержание влаги в воздухе увеличивается, и воздух нагревается снизу от соприкосновения с более теплой водой. Как вы уже знаете, нагревание снизу делает воздух неустойчивым, вследствие чего в нем возникают вертикальные движения. Удельная влажность воздуха повышается благодаря поступлению в него влаги, так что количество влаги, могущей конденсироваться, больше, чем ее было в воздухе до прохождения над озером. Неустойчивость воздуха вызывает конвекцию (вертикальные движения), которая поднимает воздух на высоту конденсации , т. е. до той точки, где охлаждение будет достаточным для насыщения, конденсации влаги и ее осаждения в виде снега. Все это происходит над водой. Правда, подъем воздушной массы на противоположном берегу (направо) усиливает шквалы, но этот подъем не является их первопричиной. Кстати, заметьте разницу температур, указанную на рисунке. С левой стороны вы видите, что разйица температур [c.54]

Об аппроксимации диффузных членов. При конструировании разностных алгоритмов для уравнений переноса с диффузионными членами в большинстве случаев, представляющих интерес, первостепенную роль играют способы аппроксимаций конвективных членов именно они определяют архитектуру всего метода в целом. Это связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, диффузионные члены чаще всего пренебрежимо малы во всей расчетной области, за исключением ее подобластей с малыми характерными размерами. Поэтому структуру решений в значительной мере определяет конвекция и, следовательно, ее разностная аппроксимация, Во-вторых, диффузионные члены содержат в себе самосопряженные операторы, надлежащие разностные аналоги которых не ухудшают устойчивость алгоритма и часто улучшают свойства разностных решений. Вместе с тем в случае неявной схемы повышенного порядка аппроксимации наличие диффузии в математической модели может несколько усложнить реализацию численного алгоритма. Именно так обстоит дело при использовании для агшроксимации первых производных формул компактного численного дифференцирования. [c.48]

Если горизонтальный слой жидкости сильно подогреть снизу, то между нижней и верхней поверхностями возникает разность температур A7 =7 i —7 2>0. При малой разности температур ДГ<АГ р ниже некоторого критическою значения АГ р, подводимое снизу количество теплоты распространяется вверх путем теплопроводности и жидкость остается неподвижной. Однако при разности температур выше критической АТ>А7 р в жидкости начинается конвекция холодная жидкость опускается вниз, а нагретая поднимается вверх. Распределение этих двух противоположно направленных потоков оказывается самоорганизованным (рис. 48), в результате чего возникает система правильных шестиугольных ячеек (рис. 49). По краям каждой такой ячейки жидкость опускается вниз, а в центре поднимается вверх. Зависимость полного теплового потока I в единицу времени от нижней поверхности к верхней от разности температур АТ изображена на рис. 50. При АТ>АТ р состояние неподвижной теплопроводящей жидкости становится неустойчивым (пунктирная линия на рис. 50) и вместо него наступает устойчивый режим в виде конвекционных ячеек Бенара. Обусловливается это тем, что при большой разности температур покоящаяся жидкость уже не обеспечивает перенос возросшего количества теплоты, и поэтому устанавливается новый конвекционный режим. [c.284]

На рис. 2 нанесены экспериментальные кривые < =/ ( ) и Аг=/ (д), отображающие температурный режим парогенерирующей поверхности в условиях реализации пузырькового и пленочного кипения. Линия АБВГДЕ характеризует температурный режим при переходе на пленочное кипение в условиях термического кризиса (wl < и эо). Эта линия соответствует опытным данным, полученным при кипении в условиях независимого задания температуры парогенерирующей поверхности (f =var). Переход на пленочное кипение в условиях гидродинамического кризиса (д р) характеризуется отрезком на абсциссе, ограниченным слева линией БГ, справа — линией КД. Левая граница соответствует началу области тепловых нагрузок, при которых w l > что приводит к нарушению устойчивой подпитки жидкостью кипящего пристенного слоя. Правая граница области характеризует так называемый затянутый кризис [12,] когда в условиях свободной конвекции специально принятыми мерами по регулированию скорости наращивания тепловой нагрузки после точки Б удается [c.46]

Характер конвективных токов связан со структурой течения, которое может быть либо ламинарным, либо турбулентным. По латыни lamina — слой, листовое изделие. Течение называется ламинарным, т. е. слоистым, если его можно уподобить скольжению одного слоя жидкости относительно другого без их перемешивания. Поскольку при ламинарном течении направление вектора скорости остается в каждой точке устойчивым, конвекция по нормали к этому направлению никогда не возникает и соответствующий перенос того или иного субстрата должен быть исключительно микрофизической природы, т. е. иметь в своей основе тепловое движение молекул, атомов, электронов (излучение здесь не рассматривается). В частности, напряжение трения т, действующее на данный слой со стороны смежных, определяется законом Ньютона через коэффициент вязкости (молекулярной) р. [c.75]

Примечательно, что этот новый тип поведения систем наблюдается в типичных ситуациях, давно известных классической гидродинамике. Примером, впервые проанализированным с упомянутых мной выше позиций, может служить так называемая неустойчивость Кенара . Рассмотрим поведение горизонтального слоя жидкости, находящегося между двумя бесконечно большими параллельными друг другу плоскостями в постоянном гравитационном поле. Пусть температура нижней плоскости поддерживается равной Ti, а верхней — Тг, и пусть Т >Т2- Когда величина обратного градиента Т - Т2)I Т -Т2) становится достаточно большой, система выходит из состояния покоя и начинается конвекция. Производство энтропии возрастает, ибо конвекция создает новый механизм переноса тепла. Более того, состояние потока, инициируемого нарушением устойчивости системы, отвечает большей степени организации системы, чем состояние покоя. Действи- [c.129]

Вопросы, связанные с устойчивым пленочным кипением на внешних поверхностях различной геометрической формы при наличии естественной и вынужденной конвекции, обсуждались рядом исследователей [4—6]. В работах [7, 8] сообщалось о результатах дальнейшего исследования процесса развития парового пограничного слоя, образующегося при пленочном кипении жидкости на плоской пластине в большом объеме, в котором учитывалась возможность развития турбулентности в паровой пленке. В работах [9, 10] был рассмотрен процесс пленочного кипения на внешней поверхности нагрева в условиях вынужденной конвекции жидкости при наличии ламинарных пограничных слоев. В проведенных недавно работах [И, 12] исследовались течения криогенных жидкостей в вертикальных трубах при высоком паросодержании потоков. Об исследовании процесса пленочного кипения жидкости в горизонтальных трубах не сообщается. При изучении максимальных и минимальных тепловых потоков отмечалось, что такие условия могут существовать в нерасслоен-ном потоке [131, но ничего неизвестно о каких-либо экспериментальных данных или теоретическом рассмотрении, относяпцгхся к этой области. [c.280]

Конфигурация температурного поля в движущейся среде существенным образом зависит от конфигурации поля скоростей. С другой стороны, температурное поле вызывает нарушение однородности среды. Плотность среды в областях с более высокой температурой уменьшается, и возникает неустойчивое распределение плотностей (оно устойчиво только в случае равномерного верхнего подогрева при отсутствии возможности возникновения циркуляции по боковым поверхностям или краям греющей пластины), В связи с этим различают вынужденную конвекцию — когда движение среды обусловливается внешним механическим или другим воздействием (насос, электрическое поле и т. п.)—и свободную конвекци ю— когда движение среды обусловлено собственно процессом теплообмена. [c.84]

Поленсаев В. И. Трение и теплообмен при естественной конвекции газа в замкнутой области после потери устойчивости гидростатического равновесия. — Изв. АН СССР, МЖГ, [c.195]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...