Устойчивость ламинарного потока

Как известно, переход ламинарного течения в турбулентное для круглых цилиндрических труб определяется критическим значением числа Рейнольдса. При этом под Re p понимают такое значение этого числа, для которого поток данного класса с числом Рейнольдса меньше Re p, является заведомо ламинарным устойчивым, т. е. в нем затухают любые внешние малые возмущения. Таким образом, критическое число Рейнольдса определяет границу устойчивости ламинарных потоков, но не предопределяет фактического перехода к турбулентности, который может происходить при Ren > Re p. Поэтому на величину Re p не должны влиять случайные возмущения, вносимые, например, шероховатостью стенок, если только последняя не приводит к изменению общей конфигурации потока. Опыт подтверждает независимость Re p от шероховатости стенок трубы. Но изменение общей конфигурации потока (например, его сужение, расширение или изгиб оси) существенно влияет на устойчивость течения, т. е. на значение Re p, поскольку при этом изменяются общие условия устойчивости. Так, опытами многих исследователей 12 359 [c.359]

Другой интересной задачей сверхзвуковых струй является исследование устойчивости ламинарного потока по отношению к малым возмущениям. Из теоретических соображений [3] ясно, что ламинарный поток при больших числах Маха имеет тенденцию к устойчивости по отношению к малым возмущениям. В разд. IV мы приведем несколько экспериментальных доказательств, показывающих, что упомянутые выше теоретические соображения качественно верны. [c.73]

Простейшим разделом общей теории устойчивости ламинарных движений является изучение устойчивости ламинарного потока по отношению к малым возмущениям. Эта линейная теория получила наибольшее развитие и излагается во многих специальных курсах и монографиях ). [c.524]

Далее особенности гидродинамики спиральных течений рассмотрены на примере цилиндрических щелей. Задача об устойчивости ламинарного вращательного течения жидкости в таких щелях при трехмерных возмущениях решена теоретически Дж. Тэйлором. Результаты решения подтверждены экспериментально. В общем случае устойчивость ламинарного потока в щели с вращением определяется двумя критериями числом Рейнольдса для окружного течения Re ) = югй/v и отношением h/r. В важном для практики случае, когда радиальный зазор щели мал h/r 1, а практически при h/r < 0,1) устойчивость течения определяется одним критерием — числом Тэйлора [c.378]

Область применения полученных результатов. Результаты применения теории гидродинамического пограничного слоя для ламинарного потока справедливы, ка показано в 6.1, в интервале изменения числа Рейнольдса 1700 Не 4 10 Нижний предел здесь обусловлен требованием б (л ) <С верхний — потерей устойчивости ламинарного потока. [c.272]

Выще были изложены результаты в основном экспериментальных исследований перехода от ламинарного течения жидкости к турбулентному. Аналитическим изучением явления потери устойчивости ламинарного потока занимается теория устойчивости. [c.145]

Модель ламинарного потока [734]. Прежде чем сформулировать основные задачи, рассмотрим возможность существования устойчивого ламинарного псевдоожиженного слоя. Рассмотрим простой случай течения по трубе, когда сечение псевдоожиженного слоя имеет радиус Я и бесконечную высоту. При этих предположениях уравнения количества движения (6.39) и (6.42) (д.ля скоростей 10, и в осевом направлении г и радиальном направлении г) принимают вид [c.404]

Аналогичный метод малых возмущений был использован Ц. Линем и П. Лисом ) при исследовании устойчивости ламинарного пограничного слоя на плоской пластине, обтекаемой потоком сжимаемого газа. В этом случае уравнение нейтральной кривой может быть записано в виде [c.311]

Таким образом, с помощью метода малых возмущений можно получить значение критического числа Рейнольдса. Начиная с того места на пластине, где число Рейнольдса достигает своего критического значения, начинают нарастать возмущения с определенной длиной волны. Далее вниз по потоку становятся неустойчивыми возмущения и с другими длинами волн. Наконец, на некотором расстоянии от начала потери устойчивости ламинарное течение переходит в турбулентное. Критическое число Рейнольдса, определенное экспериментальным путем из наблюдения перехода ламинарного режима течения в турбулентный, соответствует тому месту пластины, где турбулентность потока приводит к перестройке всего течения. Поэтому найденные пз экспериментов критические числа Рейнольдса обычно превышают по величине их теоретические значения. [c.312]

Переход ламинарного режима в турбулентный кратко описан в п. 6.6 для течения в круглых трубах. Он наблюдается и при течениях в каналах разной формы, конфузорах, диффузорах, в пограничном слое при обтекании тел, в свободных струях. Хотя переходные явления для каждого класса потоков имеют некоторую специфику, но в основе любого из них лежит потеря устойчивости ламинарного течения, которая наступает при достижении определенных значений гидродинамических параметров. [c.359]

Если в ламинарном потоке малые возмущения затухают и не приводят к изменению его общей кинематической структуры, то поток является устойчивым. Если же малые возмущения с течением времени нарастают и приводят к появлению новой структуры течения (например, к незатухающей пульсации местной скорости), то поток неустойчив. Еще Рейнольдс высказал мысль, что появление турбулентности связано с потерей устойчивости это подтверждается результатами теоретических и экспериментальных исследований. [c.359]

Наличие отрицательного градиента давления приводит к ускоренному движению частиц и увеличению их кинетической энергии. Это обусловливает большую сопротивляемость потока возмущающим воздействиям, что приводит к менее интенсивному поперечному перемешиванию и, как следствие, затягиванию ламинарного движения, т. е. способствует повышению устойчивости ламинарного пограничного слоя. [c.682]

При обтекании затупленной поверхности летательного аппарата на участке от передней критической точки и далее вниз по потоку наблюдается градиентное ускоренное течение (продольный градиент давления отрицателен). Ускорение частиц, вызванное отрицательным градиентом давления, и увеличение их кинетической энергии обусловливают большую сопротивляемость потока возмущающим воздействиям и повышение устойчивости ламинарного пограничного слоя. [c.683]

Управление процессами обтекания предполагает решение задач, связанных с исследованием устойчивости этого обтекания, под которым понимают свойство того или иного газового потока (или его отдельных участков) сохранить определенный режим и заданные параметры. Это решение в свою очередь связано с осуществлением мер, направленных на обеспечение устойчивости и составляющих содержание процесса стабилизации газового потока. В исследовании таких процессов значительное место занимают проблемы устойчивости ламинарного пограничного слоя и его стабилизации (гл. VII). [c.7]

Экспериментально установлено, что ламинарный поток можно стабилизировать при возрастающих числах Рейнольдса, если уменьшить возмущения. Вместе с тем важно установить, устойчив ли заданный ламинарный пограничный слой относительно возникающих малых возмущений. Это и является задачей газо(гидро)динамической устойчивости. Решение подобной задачи имеет важное значение, поскольку позволяет отыскать условия сохранения ламинарного течения. Вместе с тем оно важно также и потому, что нахождение места и условий потери устойчивости ламинарного пограничного слоя связано с определением перехода этого слоя в турбулентный. [c.88]

Исследование устойчивости ламинарной формы течения на криволинейной стенке носит более сложный характер, чем на пластинке,так как связано с воздействием на это течение продольного градиента давления в свободном потоке. При этом такое воздействие проявляется лишь на форме профиля скоростей в пограничном слое. [c.95]

Управление обтеканием, проявляющееся в непосредственном воздействии на поток газа около летательных аппаратов, используется для улучшения их аэродинамических свойств и позволяет решать две основные задачи. Одна из них связана с таким воздействием на обтекающий газ, при котором достигаются заданные суммарные аэродинамические характеристики или их составляющие. Например, может обеспечиваться нужное значение максимального коэффициента подъемной силы или наивыгоднейшее аэродинамическое качество, требуемое изменение (повышение или снижение) лобового сопротивления, сохранение устойчивости ламинарного пограничного слоя и, как результат, уменьшение трения и теплопередачи. Решение второй задачи позволяет формировать таким образом управляющий поток, чтобы улучшить условия обтекания органов управления и стабилизирующих устройств (оперения) и тем самым повысить управляющий и стабилизирующий эффекты. Кроме того, соответствующие устройства, управляющие движением газа, используются для повышения эффективности реактивных двигателей (в частности, путем улучшения обтекания воздухозаборников), а также отдельных средств механизации летательных аппаратов (щитки, предкрылки, закрылки и др.). [c.103]

Если в результате воздействия местного сопротивления нарушается устойчивый ламинарный режим потока, то потери энергии пропорциональны скорости в степени п — 1,73, а коэффициент сопротивления становится равным [c.159]

При переходе к волнообразному распаду с увеличением скорости истечения устойчивость ламинарного течения нарушается, поток постепенно переходит в турбулентный. Под действием стационарных сил инерции, трения, поверхностного натяжения и соизмеримых с ними переменных по величине и направлению пульсационных [c.346]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые Непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости эти вихри постепенно затухают и исчезают. Благодаря непрерывному образованию вихрей и их диффузии происходит сильное перемешивание жидкости, называемое турбулентным смешением. Чем больше вихрей, тем интенсивнее перемешивание жидкости и тем больше турбулентность потока. Различают естественную и. искусственную турбулентность. Первая устанавливается естественно. Для случая стабилизированного движения внутри гладкой трубы турбулентность вполне определяется значением критерия Re. Вто- [c.33]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости [c.36]

Вопросы устойчивости ламинарного течения пленки, таким образом, приобретают важное значение и для расчета теплообмена. При этом различают конвективную и абсолютную неустойчивость. При конвективной неустойчивости возмущение, раз возникнув, увеличивается со временем, однако при этом оно сносится вниз по потоку. Под абсолютной неустойчивостью понимают неустойчивость, характеризующуюся нарастанием возмущения во времени в данной точке потока. При наличии абсолютной неустойчивости строго ламинарное течение не может быть осуществлено. [c.57]

Величина критического числа Рейнольдса, при котором начинается турбулизация потока, зависит от формы канала или обтекаемого тела, степени предварительного возмущения потока и других факторов. Между устойчивым ламинарным течением и полностью развившимся турбулентным течением существует переходная область. Границы этой области принято характеризовать первым и вторым критическими числами Рейнольдса. [c.16]

Таким образом, величина Re является некоторым критическим значением числа Рейнольдса, определяющим возможность существования вязкого течения даже в крайне неблагоприятных условиях наличия на внешней границе слоя сильных турбулентных возмущений. Полагая -Ца 6, находим, что Reo = 36. Это значение действительно того же порядка, что и найденный теоретически нижний предел устойчивости плоского ламинарного потока с наложенной на него произвольной системой возмущений. Величине tii=]],6 соответствует число Reo = 134. [c.163]

Теоретическое исследование влияния твердых частиц на устойчивость ламинарного потока было выполненво Михаелем [536], который развил метод, предложенный ранее Сэфменом [674]. Для описания системы было введено характерное время релаксации т(= 1/7 ), которое необходимо для приведения в соответствие скорости частиц и скорости газа. Если т мало по сравнению с масштабом характерного времени потока, то добавление пыли дестабилизирует поток, в то время как крупные частицы или большое т оказывают стабилизирующее влияние. Для плоскопараллельного потока смеси было выведено уравнение Орра — Зоммерфельда, с помощью которого иллюстрировались некоторые особенности, обусловленные присутствием частиц пыли. [c.357]

Как известно, переход ламинарного течения в турбулентное для круглых цилиндрических труб определяется критическим значением числа Рейнольдса. Подчеркнем, что под Ре,ф здесь понимают такое значение этого числа, для которого поток данного класса с числом Рейнольдса, меньшим Ке, р, является заведомо ламинарным устойчивым, т. е. в нем затухают любые внешние малые возмущения. Таким образом, критическое число Рейнольдса определяет границу устойчивости ламинарных потоков, но не предопределяет фактического перехода к турбулентности, который, как известно из гл. 6, может происходить при РСр > Рвкр. Поэтому на величину Ке,(р не должны влиять случайные возмущения, вносимые, например, шероховатостью стенок, если только последняя не приведет к изменению общей конфигурации потока. Опыт подтверждает независимость Ре,,р от встречающейся 394 [c.394]

Характерной особенностью ламинарного режима течения среды является существование устойчивых линий тока, которые отвечают сложной совокупности действия различных сил в потоке (сил трения, инерции, давления, тяготения, подъемной силы и т. п.). Устойчивость линий тока в потоке обтекаемых тел может нарушаться в результате критических изменений во взаимодействии различных сил, изменений состояния среды, измененнй профиля обтекаемых тел и т. п. Особенно важныл нарушением устойчивости ламинарного потока является переход через критическое отношение сил инерции и сил трения. До определенного соотношения этих сил, которое определяется критериальным отношением [c.305]

По последованиям Н. Е. Жуковского и Л. И. Морошкирш этот пограничный слой является источником зарождения вихрей, которые, проникая в центральную область потока, разрушают устойчивость ламинарного потока. В иностранной литературе эти исследования называются русскими опытами . [c.101]

Нарушение устойчивости движения жидкости определялось по росту искусственно вызванных в потоке турбулентных пробок. По осциллограммам с записью давления при затухающих и развивающихся турбулентных пробках Т. Сарпкая получил границы устойчивости ламинарного потока при гармоническом изменении расхода жидкости в трубе. Эти границы показаны на рис. 9.1, причем по [c.187]

В ламинарных течениях частицы могут выступать как своеобразные дискретные турбулизаторы. Последнее проявляется в определенной дестабилизации, нарушении устойчивости ламинарного течения взвешенными частицами. Это приводит к раннему качественному изменению режима движения. При этом турбулентный режим наступает при числе Рейнольдса зачастую в несколько раз меньшем [Л. 40], чем Некр для чистого потока. Ю. А. Буевич и В. М. Сафрай, объясняя подобный дестабилизирующий эффект в основном межкомпонентным скольжением, т. е. наличием относительной скорости частиц, указывают на существование критического значения отношения полного потока дисперсионной среды к потоку диспергированного компонента, зависящего и от других характеристик, при превышении которого наступает неустойчивость течения. Подобная критическая величина может быть достигнута при весьма малых числах Рейнольдса. Отметим, что критерий проточности Кп (гл. 1) может также достичь высоких (включая и характерных) значений при низких Re за счет увеличения концентрации, соотношения плотностей компонентов и др. Согласно (Л. 40] нарушению устойчивости способствует увеличение размеров частиц и отношения плотностей компонентов системы. Отсюда важный вывод о возможности ранней турбулизации практически всех потоков газовзвеси и об отсутствии этого эффекта для гидро-взвесей с мелкими частицами или с рт/р 1 (равноплотные суспензии). [c.109]

До значений Re = 2300 поток жидкости в трубе остается ламинарным, при больших значениях Re поток переходит в турбулентный. Ламинарный поток является устойчивым только в докрити-ческой области (до Re = 2300). При некоторых специальных мерах предосторожности ламинарное движение можно наблюдать при числах Re, значительно превышающих критическое. Однако такой режим движения является неустойчивым и при малейшем возмущении потока переходит в турбулентный. [c.403]

Как отмечалось выше (см. 5.2), при Ке < Ке р в потоке имеет место упорядоченное параллельно струйное движение частиц (рис. 5.5, а). С возрастанием Ке и приближением его значения к критическому (т. е. с увеличением сил инерции или уменьшением сил вязкости) снижается устойчивость ламинарного движения, струйки жидкости становятся слегка извилистыми, колеблющимися (рис. 5.5,6), в потоке помимо основных —продольных составляющих скоростей частиц возникают поперечные составляющие, хотя и значительно меньших размеров. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса (Ке=Ре р) ламинарное движение теряет устойчивость, значительно возрастают поперечные составляющие скоростей частиц. Частицы начинают переходить из одной струйки в другую, что приводит к интенсивному перемешиванию лшдкости, образованию завихрений в потоке (рис. 5.5, в), т. е. движение становится турбулентным. [c.76]

Кроме конфигурации граничных поверхностей необходимо учитывать влияние режимов движения жидкости па величину и механизм, потерь. Как известно из гл. 2 и 5, кинематические структуры ламинарного ji турбулентного потоков различны турбулентные пулбсащш "Гпорождают добавочные касательные напряжения, которые вызывают увеличение потерь энергии в турбулентных потоках по сравнению с ламинарными при сопоставимых условиях. Для оценки потерь важно знать условия перехода ламинарного течения в турбулентное. Этот вопрос рассмотрен в п. 6.6. Здесь укажем только на классический опыт О. Рейнольдса, который, наблюдая поведение подкрашенных струек жидкости в стеклянной трубке, установил сугцествование критического значения числа Re =-- vdh, определяющего границу между ламинарным и турбулентным режимами. Если для круглых труб число Рейнольдса определять по формуле Re = vdiv (где а — средняя скорость потока d—диаметр трубы), то, как показали опыты О. Рейнольдса и других исследователей, при Re < Re p = = 2300 наблюдается устойчивый ламинарный режим, при Re > [c.140]

При возрастании числа Re турбулентный режим в каждом сечении существует все более длительное время, и, наконец, поток становится стацио1[арно турбулентным. Появление турбулентных очагов наступает тем раньше, чем больше возмущеннй испытывает поток при входе в трубу. Если вход сделать плавным и устранить другие источники возмущений, то ламинарный режим можно получить при больших числах Re. Так были получены ламинарные режимы при Re = 20 ООО и даже при Re = 40 ООО. Однако такие затянутые ламинарные режимы оказывались неустойчивыми, т. е. внесение в поток даже очень малых возмущений приводило к турбулизации. Поэтому критическое значение числа Рейнольдса следует понимать как границу устойчивого ламинарного режима в том смысле, что при Re < Re p любые внешние возмущения, вносимые в поток, будут с течением времени затухать и поток сохранит ламинарный характер . При Re > [c.156]

Описанный в этом параграфе характер течения и соответствующие ему зависимости имеют место только при устойчивом ламинарном режиме, т. е. при Re < Re p. При значениях Re > R kp возможно нарушение ламинарного характера течения и возникновение турбулентности. Механизм перехода от ламинарного течения к турбулентному достаточно сложен и, несмотря на многочисленные исследования, выяснен не полностью. Тем не менее можно дать хотя и схематичное, но достаточно близкое к реальной картине описание движения при околокритических числах Re, Так, при числах Re, немного меньших Квкр, в ламинарном потоке периодически появляются кратковременные очаги турбулентности, которые могут на отдельных участках заполнять все сечение потока, образуя турбулентные пробки . Этот переходный процесс можно характеризовать долей А/ некоторого интервала времени Т, в течение которой в данной точке потока существует турбулентный режим. Величину у = At/T называют коэффициентом перемежаемости. По мере возрастания числа Рейнольдса, а также при удалении от входа в трубу величина у непрерывно возрастает. [c.167]

Число Рейнольдса, при котором один режим переходит в другой, называется критическим. Существуют нижнее и верхнее критические числа Рейнольдса, т. е. до Некр.н=2320 — устойчивое ламинарное движение, а после Нкр.в= 13800 — устойчивое турбулентное. В инженерных расчетах для труб круглого сечения принимают значение Некр = 2320, а для потоков, где характерный линейный размер выражен через гидравлический радиус,— Кекр = 580. [c.35]

Приведенные ранее данные об устойчивости ламинарного пограничного слоя и его переходе в турбулентное состояние относились к газовым течениям с малой скоростью, когда влияние сжимаемости пренебрежимо мало. При больших скоростях это влияние оказывается существенным и должно приниматься во внимание при расчетах пограничного слоя. Такое влияние определяется в основном числом Маха набегающего потока Моз= VJao, (или местным числом Маха Vдля рассматриваемого сечения пограничного слоя). Другим параметром, играющим важную роль при исследовании сжимаемого пограничного слоя, является теплопередача между отбекаемой стенкой и средой. Характер и интенсивность теплопередачи зависят от разности температур восстановления стенки Гст- При этом в случае, если ло переходит а при Гг—Г [c.91]

При всех значениях Re < Re, ,, j наблюдается устойчивое ламинарное течение, при Re > Re p о — развитое турбулентное, при Re,sp 1 < Re < Re, p — переходный режим движения. Критические координаты л р i и х, р 2 зависят от многих (1)акторов. На переход от ламинарного к турбулентному режиму влияют степень турбулентности, частота иульсаци , ускорение и замедление потока, шероховатость и волнистость поверхности, удобо-обтекаемость передней кромки стенки, вибрации и интенсивность теплообмена. Поэтому трудно точно указать значения Re p. [c.88]

Создавая специальные условия течения жидкости (плавность входа, защита от случайных воздействий внещних сил), удавалось получать ламинарные потоки и при более высоких значениях числа Р (порядка нескольких десятков тысяч) однако струйная структура такого потока не была устойчивой. [c.121]

На участке до некоторого сечения В—В структура потока в пограничном слое соответствует ламинарному течению характерная эпюра скоростей на этом участке показана на рис. 5.8 (в сечении А—А). Правее сечения В—В устойчивость ламинарного течения нарушается, и оно постепенно переходит в турбулентное. Расстояние Хкр зависит главным образом от степени турбулентности невозмущенного потока и шероховатости твердой поверхности. Критерием перехода ламинарного режима в турбулентный принято считать число Рейнольдса Кекр = = UaoA кp/v. Порядок величины критического числа Рейнольдса находится в пределах 10 —10 . [c.244]

Критическое число Рейнольдса определяется экспериментально и зависит от большого числа различных факторов. Явление этого перехода изучалось Г. Хагеном (1839 г.), Д. И. Менделеевым (1880 г.), однако систематические исследования возникновения турбулентного течения с установлением критерия перехода были проведены О. Рейнольдсом в 1883 г. для потока в круглой трубе. Критерием перехода оказался установленный анализом единиц измерения комплекс ршс11 1, где w — осредненная по поперечному сечению скорость, ай — диаметр трубы. Последующими многочисленными исследованиями было установлено существование двух чисел Рейнольдса — верхнего и нижнего. Нижнее значение равно примерно 2300 если Ке=ршй/р, 2300, то устойчивость ламинарного течения невозможно нарушить никакими возмущениями. В качестве верхнего числа Рейнольдса обычно принимают значение Ре=10 000, при котором в трубах с технической шероховатостью устанавливается развитое турбулентное течение. Однако в гладких трубах с плавным входом и отсутствием возмущений удавалось затягивать ламинарный режим до значительно больших значений Ре. [c.357]

Как известно, движение может быть ламинарным и турбулентным. При движении жидкости переход ламинарного потока в турбулентный определяется значением числа Рейнольдса Re.Опытом установлено, что при всех значениях Re < R k, = 2200 поток движется ламинарно. Если поток искусственно завихрить, то по истечении некоторого времени обязательно восстановится ламинарный режим, если только Re < R k,, следовательно, при указанном условии ламинарный режим, является устойчивым. [c.336]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...