Пограничный слой сужение потока

Теплоотдача на начальном участке существенно зависит от условий входа жидкости в трубу. Если происходит скачкообразное сужение потока и труба имеет острую входную кромку, то вследствие срыва потока формирующийся пограничный слой становится турбулентным с самого начала. В этих условиях удовлетворительную точность обеспечивает уравнение [c.51]

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]

В технических приложениях мы чаще всего сталкиваемся с задачами теплообмена, в которых происходит не изолированное развитие теплового пограничного слоя, а совместное развитие гидродинамического и теплового пограничных слоев. В литературе имеется несколько работ, посвященных решению этой задачи. Решения проводились преимущественно интегральными методами, так как в принципе эта задача подобна задаче теплообмена при развитии турбулентного пограничного слоя на наружной поверхности тела. Однако первая задача дополнительно осложняется тем, что на развитие турбулентного пограничного слоя сильно влияют условия на входе в трубу. Если вход в трубу выполнен в виде хорошо спрофилированного сопла, формирующего профиль скорости во входном сечении, близкий к однородному, и если на входе имеется турбулизатор пограничного слоя, то развитие полей скорости и температуры в начальном участке близко к расчетному. Такие условия на входе специально создаются в лаборатории, а на практике встречаются довольно редко. Если не проводить искусственную турбулизацию пограничного слоя, на стенке будет развиваться ламинарный пограничный слой. В зависимости от числа Рейнольдса и степени турбулентности главного потока ламинарный пограничный слой может стать стабилизированным прежде, чем произойдет переход к турбулентному пограничному слою. В промышленных теплообменниках вход в трубу выполнен обычно далеко не в виде сопла. Значительно чаще вход представляет собой внезапное сужение. Во многих теплообменниках перед входом в трубки имеются колена. В любом случае на входе происходят отрыв потока и интенсивное образование вихрей, распространяющихся вниз по течению. Это значительно интенсифицирует теплоотдачу по сравнению с теплоотдачей к развивающемуся турбулентному пограничному слою, когда турбулентные вихри образуются только на стенке трубы. [c.235]

Из теории пограничного слоя i известно, что его толщина й пропорциональна кинематической вязкости v жидкости, длине омываемой поверхности и обратно пропорциональна скорости потока. Это указание теории позволяет высчитывать сужение потока ламинарным слоем и учесть в разных гидромуфтах различную относительную потерю площади каналов. [c.62]

Следует подчеркнуть, что основным отличием турбинных решеток от решеток, применяемых в осевых компрессорах, является их конфузорность, т. е. сужение межлопаточных каналов от входа к выходу, (во всяком случае для соплового аппарата) и связанное с ним возрастание скорости и падение давления газа. Пограничный слой на поверхности лопаток (за исключением местных диффузор-ных участков) находится здесь под воздействием перепада давлений, способствующего ускорению его движения. (В диффузорных каналах возрастающее по потоку давление тормозит движение ча- [c.196]

При сравнительно малых числах Рейнольдса (примерно до Re =10 ) в отводе, расположенном близко от плавного входа, пограничный слой ламинарен, поэтому при небольших Ло/ о имеет место ламинарный отрыв потока от стенок с внутренним закруглением. Критическое число Re, при котором начинается падение характеризуется переходом от ламинарного течения к турбулентному. Турбулизация оторвавшегося пограничного слоя, ведущая к усилению обмена количеством движения между отдельными частицами жидкости, вызывает сужение внутренней вихревой зоны и, как, следствие, расширение струи в этом слое (рис. 6-8). [c.262]

По-видимому, впервые влияние сглаживающего воздействие вязкости на расход сужающихся сопел, в частности сопла с внезапным сужением установлено в [18]. Там увеличение расхода такого сопла было получено без численного интегрирования уравнений Рейнольдса с помощью физически оправданных предположений, позволивших найти изменение толщины вытеснения пограничного слоя при ускоряющемся внешнем потоке и размер отрывной зоны в окрестности точки торможения. [c.344]

При течении в сопле с начальной закруткой по закону твердого тела возникает зона обратных токов и в области сужения сопла образуется критическая линия, на которой продольная составляющая скорости внешнего потока г l обращается в нуль. Эта линия является особой для уравнений пограничного слоя. Аналогичная особенность возникает при расчете пограничного слоя в гидродинамической модели вихревой форсунки [1], а также при обтекании закрученным потоком осесимметричного тела с протоком и затупленными передними кромками. [c.538]

Потоки, возникающие в акустическом волноводе (трубе) вблизи сужения волновода (в виде перегородки с отверстием), наблюдались в работе [43]. Эти исследования проведены на звуковых частотах в трубах с воздухом, уровень звука изменялся в широких пределах. Характер течения сильно зависел от частоты и амплитуды звука. При малых амплитудах стационарный поток через отверстие направлен от источника звука. Увеличение амплитуды звука приводило сначала к образованию вихрей вблизи краев отверстия, а затем при некоторой критической амплитуде — к обращению направления потока. Критическая амплитуда скорости, как следует из экспериментальных результатов, (4- -5) (2 v(o) /% т. е. обращение потока, как и для потоков вблизи цилиндра или воздушных пузырьков в жидкостях, происходит при амплитуде смещения, близкой к толщине акустического пограничного слоя. [c.119]

Угол сужения докритической части сопла был выбран сравнительно небольшим - его величина составляла 25° и выбиралась из условия, чтобы толщина теплового пограничного слоя в районе критического сечения сопла была по возможности больше (т. е. чтобы плотность теплового потока была по возможности меньше) и, кроме того, чтобы общий тепловой поток в стенку, возрастающий по мере уменьшения этого угла за счет увеличения площади поверхности стенки, был меньше. [c.121]

Выбор отношения радиусов г Jr сопла производился с учетом следующих факторов. При г > 1 ухудшение характеристик сопла было меньше, но при этом увеличивалась площадь поверхности стенки в районе критического сечения сопла, воспринимающая тепловой поток наиболее значительной плотности. При г /г 1 потери в сопле становились более значительными, а площадь поверхности, поглощающей тепловой поток большой плотности в районе критического сечения, оказывалась меньшей. Вместе с тем дополнительное ускорение потока за счет быстрого сужения сопла еще более утончало пограничный слой и теплоотдача в районе горловины становилась больше. В конечном счете было выбрано отношение радиусов, равное 1, что было разумным компромиссом между величиной потерь характеристик сопла и величиной теплового потока, поступающего в его стенку [135, с. 6]. [c.121]

Известно, что при высокоскоростных течениях в каналах с изломом контура возникают ударные волны, а в каналах с точками разрыва кривизны контура - локальные зоны торможения, что приводит к потерям импульса и другим нежелательным эффектам. Поэтому при конструировании предпочтение отдается гладким каналам с непрерывной кривизной контура. В [15-18] развита упрощенная модель внутренних течений вязких газов в гладких каналах. Предложенная в [15-18] параболическая модель гладкого канала является развитием модели узкого канала, описывает всю область вязкого и невязкого течения единой системой уравнений, но в отличие от модели узкого канала эта модель не содержит ограничения на степень сужения или раскрытия канала (тангенс угла наклона стенки канала к направлению основного течения) и естественным образом учитывает конечную продольную кривизну стенки канала. Модель гладкого канала описывает двумерный характер распределения давления в невязком ядре потока и учитывает эффекты второго приближения теории пограничного слоя [19] и, следовательно, область ее применимости по числу Re охватывает диапазон более низких чисел Re, чем модель узкого канала. Отметим, что упрощенные уравнения моделей узкого канала и гладкого канала имеют параболический тип и не учитывают передачу возмущений вверх по потоку в дозвуковых зонах течения. [c.62]

С возрастанием отношения осевых скоростей сужение потока вследствие утолщения пограничного слоя на торцевых стенках проявляется в постепенном уменьшении давления на спинке профиля. Увеличение давления, достигаемое у выходных кромок [c.69]

В ЭТОМ случае поток в средней части решетки симметричен, так что течение в пограничном слое параллельно торцевым стенкам. Однако интенсивный перенос массы вследствие сужения потока делает пограничный слой далеко не двумерным. В работе 3.9] приведены результаты расчетов пограничного слоя с уче- [c.71]

Все измеренные распределения давлений сравнивались с соответствующими расчетами, выполненными в работе [5.71] методом конечных площадей. Распределения давлений измерялись в различных сечениях по высоте рабочей лопатки, вплоть до сечений, отстоящих от корневого и периферийного сечений на 5% высоты лопатки. При расчетных углах атаки согласие теории с экспериментом получилось отличное почти во всех сечениях, за исключением крайних (расположенных по соседству с корневым и периферийным сечениями), где наблюдались небольшие расхождения. Распределения давлений в среднем сечении были получены во всем диапазоне режимов работы компрессора. Из рис. 10.3 видно, что при близких к расчетным условиях течения согласие результатов расчетов и экспериментов отличное, но за пределами расчетного диапазона углов атаки от — 13,0° до —2,5 (ф = 0,95—0,65) расхождение становится неприемлемым. Характер расхождения близок тому, который отмечался в работе [3.5]. При очень больших отрицательных углах атаки расчет предсказывал резкое торможение потока на корытце лопатки в области входной кромки, а на практике его не наблюдалось. На корытце профиля происходили отрывы потока, что приводило к расхождениям между расчетным и экспериментальным распределениями давления на этой поверхности. Происходящее в результате отрывов сужение потока в межлопаточном канале приводило к более высоким скоростям потока на спинке лопатки, чем этого следовало ожидать по расчету. При больших положительных углах атаки происходил отрыв турбулентного пограничного слоя на спинке лопатки в районе среднего сечения. Эти причины вызывали расхождение [c.301]

Для выполнения расчета необходимы данные по величинам коэффициентов теплопередачи от твердого тела несущей среде сх,. с и от последней твердому телу а также по величинам углов расширения у пограничного слоя и сужения Р потенциального ядра струйного течения. Величины а ., и Lf. могут быть найдены в зависимости от режима течения потока несущей среды, формы частиц, их размеров, плотности и от их внутреннего строения по методу, описанному в работе [43] или в первом приближении из уравнения Роу и Клакстона [44], [c.141]

В 13 книги [5] рассмотрены возможности расчета коэффициента расхода в прямоосном канале. Единственная причина снижения действительного расхода по сравнению с теоретическим — это сужение проходных площадей потока вследствие образования так называемого пограничного слоя между стенками канала и ядром потока, движение которого с достаточной степенью точности можно считать изоэнтропным (адиабатным без трения). В таком слое скорости движения потока по его линиям тока являются замедленными вследствие трения, и скорость потока здесь меняется от нуля (у стенки) до скорости ядра потока на переходе пограничного слоя в ядро потока. В теории пограничного слоя принимаются закономерности изменения скорости течения в пограничном слое от нуля до указанной максимальной величины. Рассматривая такую структуру потока в прямоосном канале, можно получить выражение для коэффициента расхода в канале с прямолинейной осью через параметры пограничного слоя [c.206]

Результаты расчета. Расчеты течения в сопле с внезапным сужением проводились при следующем наборе определяющих параметров показателях адиабаты >с = 1.165 и 1.4 начальной температуре торможения в ядре потока Tq = 3800 К, температуре стенки = = 800К и числе Рейнольдса Re = и Уа/ о = 1-733 10 , где i/q — кинематическая вязкость изэнтропически заторможенного потока, а — скорость одномерного потока в цилиндрическом канале. На входной расчетной границе, отодвинутой от сечения торца на расстояние У, в окрестности цилиндрической стенки задавался турбулентный пограничный слой, профиль которого соответствовал линейному числу Рейнольдса Re = 2.6 10 . [c.337]

В [Л 20] исследованы характеристики турбулентного пограничного слоя при движе-/,0 НИИ нагретого воздуха в осесимметричных диффузорах с углами раствора 8°4 и 12° и в конфузоре с углом сужения 8°. Опытами охвачен диапазон чисел Рейнольдса Re по входному диаметру от 1,688Х Xl№ до 8,48-10 Температура стенок каналов экспериментальных участков, охлаждаемых водой, изменялась от 286 до 320 К, температура воздушного потока — от 425 до 623° К-Скорость воздуха на входе в экспериментальные участки не превышала М=0,5. Наличие хорошо изолированных участков стабилизации потока, а также двух металлических сеток перед экспериме[1тальнымн участками обеспечивало выравнивание полей скорости и температуры по сечению потока. Начало нарастания пограничного слоя во всех опытах относилось ко входному сечению диффузоров и конфузора. [c.450]

Очевидно, что при обтекании, например, выпуклости, возмущение давления будет отрицательным Ар < О, так как малая неровность взаимодействует фактически только с дозвуковой пристеночной частью пограничного слоя, и сужение струек тока должно вызывать разрежение (для невязкого решения (8.35) это видно непосредственно). Отрыв потока может возникать только на задней поверхности выпуклости, где давление должно возрастать. Для семейства афинноподобных неровностей появление отрыва потока в решении (8.38) (8.42) зависит от величины параметра подобия II, Несомненно, что при i7 О отрыв потока происходит всегда, так как тонкий вязкий подслой на дне невязкого слоя (8.28) не может войти в критическую точку течения при ж оо без отрыва (возмущение давления в таком подслое меняется в своем основном порядке). При i7 оо малая неровность будет обтекаться без отрыва (возмущение давления в таком течении будет меняется в следующем порядке малости). Очевидно, что при обтекании впадины возмущение давления будет положительным Ар > О и отрыв потока произойдет сразу. [c.388]

Особенно примечательное явление, связанное с переходом течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную, наблюдается при обтекании тела с тупой кормовой частью, например круглого цилиндра или шара. Из рис. 1.4 и 1.5 мы видим, что при числах Рейнольдса Fd/v,. равных для круглого цилиндра приблизительно 5 10 , а для шара приблизительна 3 10 , коэффициент сопротивления цилиндра и шара внезапно сильно уменьшается. Впервые это явление было обнаружено для шара Г. Эйфелем [ ]. Столь резкое уменьшение сопротивления объясняется возникновением в пограничном слое турбулентного течения. Турбулизация пограничного слоя,, т. е. возникновение в нем турбул (нтного перемешивания, значительна усиливает увлекающее действие внешнего потока по сравнению со случаем ламинарного пограничного слоя, и это приводит к перемещению точки отрыва назад, т. е. вниз по течению. Если для пограничного слоя, остающегося ламинарным на всем протяжении, точка отрыва лежит приблизительно на экваторе шара, то после турбулизации пограничного слоя она перемещается на довольно значительное расстояние назад, т. е. на заднюю половину шара. Вследствие этого область застойного течения позади тела значительно суживается и распределение давления приближается к распределению давления при течении без трения (см. рис. 1.10). Сужение же застойной области приводит к значительному уменьшению сопротивления давления, что дает о себе знать в виде скачкообразного понижения кривой = / (Ре) (см. рис. 1.4 и 1.5). Правильность такого объяснения подтвердил Л. Прандтль путем следующего опыта [Щ, Несколько впереди экватора шара, обтекавшегося потоком воздуха, он укрепил на поверхности шара тонкое проволочное кольцо. Наличие этого кольца вызвало искусственную турбулизацию пограничного слоя уже при умеренном числе Рейнольдса [c.50]

При большом 7с и малых г// кр в сужающейся части сопла линии тока искривляются и сужаются и скоростй газа интенсивно нарастают тем в большей степени, чем ближе расположены слои к стенкам. Поэтому поверхность перехода =1 во внешних слоях потока располагается до горла в сужающейся части сопла, а в области оси сопла—за горлом (пунктир на схеме сопла рис. 15.23). Отклонение скорости газа от критического значения в узком сечении (в области оси А,<1, во внешних слоях Х>1) приводит к снижению расхода по сравнению с идеальным, так как (1)> (Л, 1). Кроме того, при больших Y и малых г// кр возможен местный отрыв пограничного слоя и образование местных косых скачков уплотнения, из-за сужения ряда трубок тока сверхзвукового течения, [c.308]

Отношение осевых скоростей может оказаться ложным указателем конфузорных или диффузорных явлений в пограничных слоях на лопатках вследствие местных эффектов вторичных течений и угловых срывов потока. Отношение осевых скоростей — это такой параметр, который учитывает указанные эффекты в среднем от лопатки к лопатке в межпрофильном (межлопа-точном) канале. Однако, как показано на рис. 3.3 работы [3.8], хотя на поверхности давления пограничный слой в сущности двумерный, на той же лопатке может быть угловой срыв со стороны поверхности разрежения, который вызывает сильное сужение и трехмерность течения в пограничном слое на спинке лопатки. [c.70]

Другое осложнение состоит в том, что если в сверхзвуковых компрессорах все межлопаточные каналы дросселируются одинаково, то пограничные слои на верхней и нижней стенках аэродинамической трубы вызовут чрезмерное сужение потока в концевых межпрофильных каналах решетки. В результате при [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...