Турбулентное течение. Теория

Турбулентное течение. Теория [c.81]

Закончив на этом описание основных физических явлений, возникающих при течениях с очень малой вязкостью, и изложив тем самым в самых кратких чертах теорию пограничного слоя, мы перейдем в следующих главах к построению рациональной теории этих явлений на основе уравнений движения вязкой жидкости. В настоящей части книги (в главе III) мы составим общие уравнения движения Навье — Стокса, а во второй части сначала выведем из уравнений Навье — Стокса путем упрощений, вытекающих из предположения о малой величине вязкости, уравнения Прандтля для пограничного слоя, а затем перейдем к интегрированию этих уравнений для ламинарного пограничного слоя. Далее, в третьей части книги, мы рассмотрим проблему возникновения турбулентности (переход от ламинарного течения к турбулентному) с точки зрений теории устойчивости ламинарного течения. Наконец, в четвертой части книги мы изложим теорию пограничного слоя для вполне развившегося турбулентного течения. Теорию ламинарного пограничного слоя можно построить чисто дедуктивным путем, исходя из дифференциальных уравнений Навье — Стокса для движения вязкой жидкости. Для теории турбулентного пограничного слоя такое дедуктивное построение до сегодняшнего дня невозможно, так как механизм турбулентного течения вследствие его большой сложности недоступен чисто теоретическому исследованию. В связи с этим при изучении турбулентных течений приходится в широкой мере опираться на экспериментальные результаты, и поэтому теория турбулентного пограничного слоя является, вообще говоря, полуэмпирической. [c.53]

Турбулентные течения очень трудны для анализа даже в случае ньютоновских жидкостей, поскольку в настоящее время нет вполне удовлетворительной феноменологической теории, позволяющей вычислить член уравнения (7-1.23), описывающий напряжения Рейнольдса, V-(pv v ). В случае неньютоновских жидкостей нелинейность уравнения состояния приводит к значительным дополнительным трудностям, и возможный анализ с необходимостью носит лишь качественный характер. [c.280]

Рассматриваются как ламинарные, так и турбулентные режимы течения, хотя в большинстве практических случаев потоки многофазных систем турбулентны. Это делается по той причине, что ламинарное течение поддается строгому математическому расчету в то же время с помощью минимума логических операций можно применить подходящий метод и к соответствующему турбулентному течению. Статистическая теория турбулентности [339] рассматривает статистические свойства беспорядочного движения [c.16]

Турбулентное течение подчиняется статистическим законам, г. е. закономерностям теории вероятностей. Для математического описания турбулентный поток разделяют на осредненное и пульсационное движение. Тогда мгновенные значения скорости, давления и температуры будут определяться суммой осредненной и пульсационной составляющих. [c.256]

Для лучшего понимания теоретических построений и расчетных методов читатель должен в первую очередь получить представление об истинном, наблюдаемом в опытах, характере реальных гидромеханических явлений. Тогда легче и правильнее усваивается сущность теоретических моделей этих явлений, создается более ясное и правильное представление о степени приближенности исходных предпосылок и границ применимости теории. Например, уже в гл. 2 Кинематика даются первые сведения о возможной кинематической структуре потоков реальных жидкостей, включая описание кинематической картины ламинарного и турбулентного течений. Этим же соображением обусловлено изложение законов движения идеальной жидкости только после того, как выведены уравнения вязкой жидкости. В пользу такого расположения материала говорит возможность рассматривать [c.4]

При развитом турбулентном режиме течения турбулентные напряжения в точках, лежащих за пределами пристенного подслоя, могут намного превосходить вязкостные напряжения. Поэтому приближенный расчет турбулентного течения в трубе можно построить на двухслойной модели, предполагая, что в пределах вязкого подслоя течение ламинарное, а в центральной части потока (в турбулентном ядре) эпюра (профиль) усредненной скорости и закон сопротивления целиком определяются турбулентными напряжениями. Тогда, основываясь на одной из нолу-эмпирических теорий (например, на теории пути перемешивания Л. Прандтля), можно установить структуру расчетных зависимостей как для профиля скорости, так и для закона сопротивления. [c.157]

Этот случай турбулентного течения (схему см. на рис. 159) может быть описан теми же методами полуэмпирической теории, которые использовались для турбулентного течения в круглой цилиндрической трубе. Принимая во внимание структуру движения вблизи бесконечной плоской стенки (см. 5 гл. 5), но учитывая, что в данном случае имеет место продольный перепад давления, первое и второе уравнения Рейнольдса получим в виде [c.399]

В пособии приводятся основы теории тепломассообмена-течений многокомпонентных смесей газов, а также постановка и решение ряда задач, имеющих практическую направленность. Рассматриваются также вопросы моделирования турбулентных течений, в том числе при наличии диффузии. [c.4]

Теплоотдача. Выясним, можно ли применять гидродинамическую теорию теплообмена для исследования теплоотдачи при турбулентном течении в трубе. Для этого исследуем теплоотдачу в трубе при турбулентном течении жидкости с помощью уравнений для турбулентного пограничного слоя. При стабилизованном тече- [c.147]

Теплоотдача. Выясним, можно ли применять гидродинамическую теорию теплообмена (см. гл. 24) для исследования теплоотдачи при турбулентном течении в трубе. Исследования показали, что в потоках с высокой турбулентностью различия профилей ско- [c.296]

Турбулентное движение паровой пленки. Для исследования теплоотдачи при турбулентном течении пленки пара на вертикальной стенке можно использовать методы теории пограничного слоя (см. гл. 24, 26) и получить формулу [c.322]

Полуэмпирические теории турбулентного течения жидкости в трубе кругового сечения [c.152]

ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ [c.153]

Полученные С ПОМОЩЬЮ полуэмпирической теории формулы для определения коэффициента гидравлического трения и профиля скоростей при турбулентном течении в трубах весьма удачно подтверждаются опытными данными. Эти формулы оказалось, однако, целесообразным привести к более простому виду. [c.188]

Полуэмпирическая теория Прандтля дала возможность качественно и количественно описать закономерности турбулентного течения для гладких и шероховатых труб. В то же время следует отметить, что эта теория не отражает особенностей сопротивления в промежуточной области между гладкими и шероховатыми трубами, которая, как будет видно из дальнейшего, имеет большое практическое значение. [c.164]

Учитывая новые результаты экспериментальных исследований турбулентного течения, А. Д. Альтшуль предложил полуэмпирическую теорию [2], согласно которой поток в трубе рассматривается как единое целое без искусственного разделения на ядро и ламинарный подслой. [c.167]

В основу приближенных методов расчета теплообмена при турбулентном течении положены универсальные зависимости распределения скоростей и температур в пограничном слое, установленные путем обработки опытных данных методами теории подобия. В выражениях, аппроксимирующих эти закономерности для скоростей, температур и линейных размеров, подобраны соответствующие [c.117]

Опыт и общая теория показывают, что среднее давление вдоль оси неподвижной трубы как при ламинарном, так и при турбулентном движении распределено по линейному закону. Рассмотренное в предыдущем параграфе течение жидкости с параболическим профилем распределения скоростей по сечению круглой трубы имеет место только при ламинарных течениях при турбулентных течениях профиль распределения скоростей становится менее вытянутым, благодаря перемешиванию и обмену количеством движения поперек трубы средняя скорость ю оказывается почти постоянной по всему сечению трубы и только в узком слое около стенок трубы, благодаря прилипанию, скорость резко падает до нуля (см. рис. 87, б). [c.244]

Таким образом, в случае турбулентных течений сложное движение континуума, моделирующего дискретную среду, вторично осредняется и при этом возникают проблемы составления полной системы уравнений для определения средних характеристик движения и проблемы изыскания способов экспериментального измерения осредненных характеристик движения. В теории турбулентности, в противоположность ранее рассмотренным разделам гидромеханики, нет и, видимо, не может быть единого подхода к исследованию всевозможных задач для изучения различных классов движений жидкости предложены различные теории турбулентности. В настоящее время разработаны различающиеся между собой теории турбулентных течений в трубах, в атмосфере, в спутной струе реактивного двигателя и во многих других случаях. [c.247]

В заключение отметим следующее обстоятельство. Математическая формулировка задачи, приведенная в 5-1, записана для ламинарного пограничного слоя, так как не учтены коэффициенты турбулентного переноса теплоты и количества движения. Полагают, что Хт и j,t зависят от тех же величин, от которых зависят поля осредненных скоростей и температуры. Тогда согласно теории размерностей полученная система чисел подобия справедлива и для турбулентного течения. Конечно, входящие в числа подобия значения температур и скоростей уже будут осредненными во времени. [c.165]

Формулы, определяющие теплоотдачу пластины, могут быть использованы также для расчета теплоотдачи при внешнем продольном омывании одиночного цилиндра, если его диаметр существенно больше толщины пограничного слоя. Более глубоко с теорией теплообмена при турбулентном течении в пограничном слое можно ознакомиться с помощью специальной литературы [Л. 47, 90, 92, 109, 192, 202]. [c.199]

Однако следует помнить, что эта теория применима лишь при выполнении следующих условий 1) развитое турбулентное течение жидкости 2) отсутствие большого изменения давления 3) наличие безотрывного движения жидкости. Гидродинамическая теория не учитывает зависимость физических свойств жидкости от температуры. [c.266]

При турбулентном течении в пограничном слое или в трубах приближенный расчет коэффициента восстановления может быть проведен, например, на основе представлений гидродинамической теории теплообмена (см. 10-1) путем ее обобщения на условия течения потока с высокими скоростями. Рассмотрим этот метод расчета теплообмена на основе аналогии Рейнольдса подробнее. [c.270]

Если при турбулентном течении скорость потока с,- принимать за среднюю, на которую накладывается колебание скорости с., то мы должны знать о колебаниях с, и д и об их зависимости от условий в иоле потока, чтобы действительно иметь возможность образовать статически средние значения скоростей в такой форме, в какой они встречаются в формуле (307). Эти сведения дает теория турбулентности, применение которой в теории и тепловых расчетах турбин в настоящее время назрело. Не касаясь пока положений указанной теории, все же можно из написанных выше основных уравнений потока сделать существенные выводы, о чем будет сказано далее. [c.171]

Состояние учения о свободной конвекции в настоящее время таково, что многие стационарные задачи имеют точные или приближенные аналитические решения. Среди аналитических работ преобладают исследования ламинарных потоков, возникающих при свободной конвекции. Труднее математической обработке поддаются вопросы свободной конвекции при турбулентном течении в пограничном слое. В этом случае, как и в случае ламинарного режима, для описания теплообмена в условиях свободной конвекции применяются методы теории подобия с широким использованием эксперимента. Изучение вопросов нестационар- ной свободной конвекции имеет также большое значение. Одним из важнейших вопросов теории нестационарного теплообмена в условиях свободного движения является вопрос о влиянии вибраций на конвективные процессы. Вибрационный эффект, создаваемый или перемещением нагретой поверхности в окружающей среде или подводом возмущений в виде акустических или других периодических колебаний к самой среде, может изменить теплоотдачу в несколько раз. Такое изменение теплоотдачи позволяет качественно по-другому подходить к решению новых задач в условиях естественной конвекции, и в настоящее время обширные исследования посвящены этому вопросу. Получить общее аналитическое решение задачи не всегда удается, поэтому большинство работ посвящено экспериментальному и аналитическому исследованию частных случаев. [c.143]

Необходимо отметить, что за последние четверть века исследования струйного турбулентного течения несжимаемых и сжимаемых сред приобрели громадное значение. С одной стороны, развиваются теоретические исследования, основанные на теории турбулентного состояния, начиная с полуэмпирических теорий (Прандтль и др.) и до современной статистической теории турбулентности (А. Н. Колмогоров). С другой стороны, проводятся обширные экспериментальные исследования, дающие возможность обнаружить важные для понимания и расчета струйного течения закономерности. Дальнейшее развитие этой отрасли аэродинамики, естественно, пойдет по пути синтеза этих двух направлений. Итоги работ в этом направлении были подведены состоявшимся в 1956 г. совещанием по прикладной газовой динамике [30], а также в ряде статей, опубликованных в сборнике Исследование физических основ рабочего процесса топок и печей [31]. [c.32]

Современное состояние вопроса общего математического описания дисперсных систем нельзя признать до-статочло удовлетворительным, несмотря на растущий интерес к этой проблеме. Каж травило, в работах, шо-священных этому вопросу, фактически используется феноменологический подход к исследованию дисперсного потока в целом. Идея условного континуума п03(В0Ляет полностью использовать математический аппарат механики сплошных сред, но несет с собой погрешности физического порядка тем более существенные, чем значительней макроднскретность системы. Системы таких уравнений, полученные рядом авторов как общие, все же не охватывают класс дисперсных потоков во всем диапазоне концентраций (вплоть до плотного движущегося слоя). Они не учитывают качественного изменения структуры потока и в связи с этим изменения закономерностей распределения частиц, появления новых сил (например, сухого трения), изменения с ростом концентрации (до предельно большой величины) условий однозначности и пр. В основном большинство работ посвящено турбулентному течению без ограничений по концентрациям, хотя при определенных значениях р наступает переход к флюидному транспорту, а затем — плотному слою. Сама теория турбулентности применительно к дисперсным потокам находится по существу в стадии становления (гл. 3). Наиболее перспективные методы — статистические (вероятностные) применяются мало, по-видимому, в силу недостаточной изученности временной и пространственной структур дисперсных систем Общим недостатком предложенных систем уравнений является их незамкнутость, которая объясняется отсутствием конкретных данных о тензорах напряжений и [c.32]

СССР проф. М, А. Великановым, разрабатывавшим вопросы русловой гидравлики и проблемы турбулентности, проф. В. М. Маккаве-евым, автором теории турбулентного перемешивания, акад. А. Н. Кол.могоровым, разработавшим вместе с А. М. Обуховым теорию локальной структуры турбулентных пульсаций, Л. Г. Лойцянским, А. А. Фридманом и др., разрабатывающими статистическую теорию турбулентности, Е. М. Минским, выполнившим ряд точных экспериментальных исследовании турбулентных течений, и др. [c.81]

Джефри Инграм Тейлор (1886—1975) — английский ученый в области механики, член Лондонского королевского общества. Внес фундаментальный вклад в теорию турбулентности развил теорию устойчивости течений вязкой жидкости, теорию турбулентной диффузии, создал полуэмпирическую теорию турбулентности. [c.98]

Изложены математические методы, применяемые в задачах тепло- и массо-обмена. Приведены основы теории, постановка и решение задач, имеющих практическую направленность. Даны методы решения алгебраических, трансцендентных и дифференциальных уравнений, а также примеры точных решений уравнений тепломассообмена. Рассмотрены вопросы построения математической кодели турбулентных течений. [c.2]

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]

Так как уравнения, описывающие турбулентное течение, незамкнуты [36], то основными в теории турбулентности являются полуэмпирнческие методы. В связи с этим изложение теории турбулентности выходит за рамки данной книги. Обсуждение проблем турбулентного пограничного слоя в том числе и многокомпонентного, можно найти в работах [36, 67, 77, 78, 79]. [c.439]

Турбулентные течения значительно сложнее ламинарных. Для изучения турбулентности нужны методы, существенно отличающиеся от тех, которые применяются для изучения ламинарого движения. Беспорядочный характер движения отдельных частиц (жидких комков) жидкости в турбулентном потоке требует применения методов статистической механики. Между статистической механикой молекулярного движения и статистической гидроаэромеханикой вязкой жидкости, несмотря на то что они кажутся на первый взгляд аналогичными, существует принципиальное отличие. Оно выражается прежде всего в том, что суммарная кинетическая энергия молекул не меняется со временем (по кинетической теории газов), тогда как в турбулентном потоке кинетическая энергия жидкости всегда в той или иной мере рассеивается, переходя вследствие вязкости в тепло. [c.147]

В основе приближенных полуэмпири-ческих теорий турбулентного тепло- и массообмена лежат эмпирические гипотезы, связывающие кажущиеся вязкость и теплопроводность с осредненными во времени скоростями и температурами. Каждая из таких теорий содержит опытные константы и может быть использована для расчета определенного вида турбулентного течения. В настоящее время с помощью вычислительной техники на основе результатов непосредственных измерений турбулентных пульсаций изучаются различные модели турбулентности, позволяющие получить более детальную информацию о локальной структуре турбулентных течений. [c.117]

Для замыкания системы уравнений (1.47), (1.49).. . (1.51), (1.54), (1.55) необходимо иметь дополнительные уравнения, характеризующие связь интегральных параметров J2 /2, St и St с локальными характеристиками интенсивности закрутки, условиями течения и граничными условиями, которые на-зьгаают законами трения, тепло- и массообмена. Для турбулентных течений эти зависимости определяются опытным путем или на основе полуэмпирических теорий турбулентности [25]. АналогичнЬ1е зависимости необходимы также для формпара-метров и. [c.27]

Иначе обстоит дело при турбулентном течении. По латыни turbo — вихрь, буря. В отличие от ламинарного течения, которое можно считать упорядоченным, течение турбулентное является неупорядоченным, бурным и только в общем управляемым ограничивающими поток стенками. Траектории частиц представляют собой непрерывно деформирующийся, причудливый клубок, свидетельствующий о существовании хаотического движения наряду с тем организованным движением, которое влечет вниз по течению жидкость в целом. Глубокое изучение турбулентности нуждается в применении статистических методов. Здесь, в учении о теплообмене до настоящего времени более эффективными являются полуэмпирические теории, основывающиеся на рассмотрении осредненных по времени характеристик турбулентного течения. [c.75]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...