Турбулентный поток со сдвигом

Д. Турбулентный поток со сдвигом [c.274]

Другие попытки преодолеть трудности в решении уравнений турбулентного потока могут быть классифицированы как феноменологические теории, поскольку они появились при наблюдении, что в турбулентном потоке со сдвигом вследствие процесса турбулентного перемешивания существует поперечное перемещение потока между зонами высоких и низких скоростей, и заключении из этого, что процесс перемешивания и изменение скорости связаны друг с другом. [c.275]

СВОБОДНЫЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК СО СДВИГОМ [c.333]

Течение, создаваемое внезапным (неплавным) изменением скорости. В главе V было уделено большое внимание влиянию вязкого сдвига в зонах со значительным градиентом скорости. Глава VI посвящена увеличению напряжения, сопровождающего образование турбулентности, с акцентировкой внимания на вторичном течении, возникающем в результате процесса перемешивания. В главе VII даны методы определения формы как ламинарного, так и турбулентного потока, возникающего в результате передачи сдвига вблизи твердых границ и прогрессивно развивающегося от граничной зоны. Эта глава, последняя в изложении, посвящена рассмотрению зон сдвига вдали от неподвижных границ. Хотя при очень малых числах Рейнольдса такой ноток, несомненно, ламинарен, однако из-за отсутствия стабилизирующего влияния неподвижной граничной поверхности он чувствителен к сравнительно малым возмущениям и почти во всех практических случаях проявляет с самого начала значительную степень турбулентности. Отсюда становится ясным смысл названия настоящей главы Свободный турбулентный поток со сдвигом . [c.333]

Силы сдвига, которые существуют вдоль твердых границ, можно определить с помощью теории пограничного слоя. Однако следует помнить, что поток вне пограничного слоя может быть любым от безвихревого до свободного турбулентного потока со сдвигом. В настоящее время теория пограничного слоя применяется только в случае, если вне его поток безвихревой. Турбулентность, так же как градиенты скорости и давления у края пограничного слоя, должна быть обязательно учтена, если объединяются два типа турбулентных потоков со сдвигом. [c.372]

Теория турбулентного переноса скалярной субстанции. Знание по возможности более точной картины турбулентного переноса импульса является особенно актуальным при исследовании вопросов переноса тепла и массы в турбулентных пристенных течениях. При этом желательно использовать преимущества динамической теории, использующей уравнения одноточечных моментов пульсаций скорости, для усовершенствования полуэмпирической теории переноса скалярной субстанции (тепла и массы) в турбулентных потоках со сдвигом, основанной лишь на предположении о некоторой аналогии между переносом скалярной субстанции и переносом импульса. Осредненное уравнение переноса скалярной субстанции, содержащее компоненты пульсационных тепловых потоков ViT, дополняется системой уравнений, описывающих изменения этих потоков в пространстве. Эти уравнения выводятся из уравнения переноса (1-13-13) и осредненных уравнений переноса (1-13-16) — (1-13-24) и имеют вид (для простоты здесь рассматривается случай молекулярного числа Прандтля, равного единице) [Л. 1-24] [c.78]

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]

Обычно считается, что выход из этого положения может дать только построение более совершенных моделей турбулентных переносов в потоке со сдвигом. На секциях это направление в некоторой мере представлено интересными доклада.ми Л. С. Кокорева, Д. Н. Ляховского и др. Однако опыт показывает, что этот путь весьма длителен и дает пока весьма ограниченные результаты. [c.320]

Измерения, выполненные в потоках со сдвигом. Хотя турбулентность относится к явлениям, происходящим в потоках со сдвигом, и непосредственные измерения турбулентных пульсаций практикуются уже в течение тридцати лет, надежные данные, характеризующие турбулентные потоки, удивительно ограниченны. Большая часть этих данных получена в пограничном слое или в безграничных потоках, подвергнутых обсуждению в главах УП и УП . В настоящей главе рассматривается сравнительно недавнее исследование равномерного потока в трубах, проведенное Лауфером это исследование дает понятия некоторых основных характеристик турбулентности в практически простейшем типе турбулентного потока. [c.278]

Ричардсона и Колмогорова для смеси. Тогда уравнение переноса для турбулентной энергии (7.2.1) приобретает вид, пригодный для численного моделирования потока со сдвигом [c.265]

Структура турбулентного движения. В зависимости от условий турбулентность может быть пристеночной , если она возникает при движении жидкости около неподвижной поверхности, и свободной , если является результатом вязкостного трения при движении отдельных слоев жидкости с различными скоростями. Если отсутствует внешний источник энергии, то турбулентное движение вырождается - турбулентность становится однородной (одинаковой в разных зонах) и изотропной (не зависящей от направления). В последнем случае осредненная скорость одинакова по всему течению. В большинстве практических случаев турбулентность зависит от направления, а осредненная скорость движения имеет градиент ( сдвиг скорости). Такие потоки определяют как турбулентность в потоке со сдвигом . [c.304]

Изменение скорости сдвига обязательно вызывает заметное изменение вязкости жидкости, постоянное или временное, причем степень изменения вязкости не одинакова для различных жидкостей. Изменения вязкости со временем присущи большинству промышленных жидкостей и наблюдаются при работе многих гидравлических устройств, таких, как насосы и гидромоторы, поршни и высокоскоростные подшипники скольжения [18—22]. При более высоких напряжениях сдвига неизбежно возникают устойчивые изменения вязкости, обычно объясняемые возникновением турбулентного потока в дросселирующих устройствах, которое имеет место при больших перепадах давлений. Это явление особенно характерно для масел, содержащих высокомолекулярные добавки, увеличивающие вязкость. Все это следует учитывать при подробном исследовании явлений, связанных с изменением вязкости. Действительная вязкость может сильно отличаться от вязкости, измеренной в условиях малых скоростей сдвига слоев в обычных вискозиметрах. [c.40]

При еще больших числах Рейнольдса, скажем Re 1000 (рис. 4.7, г), преобладают инерционные силы. При этом крупные, обособленные вихри имеют небольшую возможность для своего формирования, и вместо них позади пластины образуется, как правило, турбулентная спутная струя. Две внешние кромки пластины формируют слой со сдвигом , состоящий из длинных цепочек наиболее мелких вихрей. Они располагаются в той части спутной струи, которая прилегает к области плавного течения. В итоге отметим, что эти результаты наглядно иллюстрируют изменения, происходящие в потоке в зависимости от числа Рейнольдса, при переходе от области с преобладающим влиянием вязкости к области, где преобладает действие сил инерции. [c.104]

При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса в интервале 5000 Ке 200 ООО перед точкой отрыва сохраняется безотрывное ламинарное обтекание цилиндра. В отделившемся же потоке наблюдается пространственная картина движений, и в спутной струе происходит переход к турбулентному течению — тем дальше от цилиндра вниз по течению, чем меньше числа Рейнольдса и ближе к его поверхности при их увеличении [4.191. Для наибольших в этом интервале чисел Рейнольдса спутная струя позади цилиндра подвергается турбулизации уже непосредственно после отрыва потока и между находящимися на некотором расстоянии друг от друга слоями со сдвигом образуется турбулентный след (рис. 4.8, г). [c.107]

Неустойчивая стратификация, соответствующая опускному течению в обогреваемых трубах (линии У на фиг. 2), приводит к турбулизации потока, что выражается в возрастании энергии турбулентности Е, напряжения сдвига (и и ) и величины (и Т , пропорциональной поперечному потоку тепла, по сравнению со случаем отсутствия влияния сил плавучести (линии 3). [c.53]

Сделанные в последующие годы различные предположения, касающиеся соотношений между е и условиями осредненного потока, привели к решениям для распределения скорости в различных граничных условиях большинство из них дано Буссине-ском однако ни одно из этих предположений не было достаточно надежным или пригодным, чтобы получить всеобщее одобрение Попытка дать такое решение для трехмерного турбулентного потока со сдвигом сравнительно недавно была предпринята, и довольно успешно, школой Прандтля (см. главу У1П). [c.275]

Методы анализа. Для описания свободного турбулентного потока со сдвигом широко применяются уравнения иеразрывно- [c.336]

Как уже отмечалось, характер осредненного движения свободного турбулентного потока со сдвигом не очень чувствителен к деталям турбулентности. Это иллюстрируется рассмотрением длины пути перемешивания и виртуальной вязкости, которые подсчитываются по функции нормальных погрешностей, лучше других соответствующей экспери лентальным точкам. Как показано на рис. 138, ни //х, ни ё/(л , ) не постоянны в поперечном сечении потока. И все-таки распределение осредненной скорости, выведенное в предположении постоянства любой из этих величин, почти так же хорошо соответствует экспериментальным измерениям, как и кривая погрешностей (см. рис, 127). [c.367]

Гидравлический прыжок может рассматриваться главным образом как случай свободного турбулентного потока со сдвигом, ибо сдвиг вдоль границ при этом относительно мал. Форма свободной поверхности, так же как и характер потока, определяется турбулентной диффузией. Цзубаки осушествил анализ этой задачи, приняв гидростатическое распределение давления и задавшись распределениями турбулентного сдвига и осредненной скорости. Он получил решение для формы свободной поверхности, включая длину вальца и длину прыжка, содержащее одну неизвестную постоянную. Хотя данные, достаточные для проверки применимости принятого им распределения скорости и сдвига, были получены лишь недавно, метод, использованный нм,. может быть рекомендован как пример типичного анализа, необходимого для ограниченных потоков. [c.374]

Шестое представление. Т. Дж. Блэк /269/, изучив известные результаты экспериментов С. И. Клайна, Г. А. Эйнштейна и других, предложил свою теорию турбулентности пристенного слоя. По Т. Дж. Блэку, основная роль случайных турбулентных пульсаций в потоке со сдвигом состоит не в непосредственном и локгшьном переносе осредненного импульса, а в порождении сильной трехмерной неустойчивой с фукту-ры подслоя. Эта неустойчивость в свою очередь вызывает быстрое разрушение структуры потока в подслое, которое повторяется во времени и пространстве на всей поверхности, обтекаемой турбулентным потоком. Это явление Блэк представляет в следующем виде имеется более или менее равномерно расположенная на поверхности система зон, в которых происходит разрушение структуры подслоя. Эта система движется по потоку со скоростью, примерно равной скорости перемещений турбулентных возмущений в слое. В движущейся зоне разрушения структуры энергия передается от основного движения к вращательному и каждая зона разрушения рассматривается как движущийся генератор вихрей. Непрерывная потеря кинетической энергии в этой зоне требует непрерывного локального оттока среды от стенки. В результате каждое разрушение поперек основного потока и образует непрерывные вихревые листки, расположенные под некоторым у1 лом к стенке. [c.26]

Теория опирается на следующую основную гипотезу основная роль случайных турбулентных пульсаций в потоке со сдвигом состоит не в непосредственном и локальном переносе осредненного импульса, как предполагалось в классических теориях, а в порождении сильной трехмерной неустойчивости структуры подслоя, которая была обнаружена Клайном и его сотрудниками. Эта неустойчивость в свою очередь вызывает быстрое разрушение структуры потока в подслое, которое повторяется во времени и пространстве на всей поверхности, обтекаемой турбулентным пограничным слоем. Для простоты это явление рассматривается в виде следующей модели имеется правильная система областей, в которых происходит разрушение структуры подслоя и которые более или менее равномерно расположены на поверхности. Эта система движется вниз по потоку с характерной скоростью, равной скорости перемещения турбулентных возмущений в слое (т. е. примерно 80% скорости вне пограничного слоя). [c.301]

Осредненное течение жидкости теперь описывается средней скоростью и (объемный расход потока, деленный на площадь поперечного сечения), и, следовательно, конвективный перенос вещества, обусловленный осреднен-ным течением в направлении оси х, выражается членом Ud Aldx. Подразумевается также, что концентрация са представляет собой среднюю по всему поперечному сечению величину. В потоках со сдвигом, которые можно наблюдать в трубах ли открытых каналах, распределение скорости не является однородным. Разность продольного конвективного переноса вещества, который связан с действительным распределением скоростей, и переноса. вещества, который вычисляется по средней скорости, должна быть, следовательно, учтена диффузионным членом. Этот эффект известен как продольная дисперсия, и символ Ет используется, чтобы отличить коэффициент продольной дисперсии от коэффициента турбулентной диффузии Е . [c.455]

Исследование интенсивности пульсаций скорости, автокорреляционной функции и спектральной плотности позволило выявить физическую природу рштенсификации теплообмена в пучках витых труб. Оказалось, что дополнительная турбули-зация потока связана с закруткой и неравномерностью поля скорости в ядре потока. Так, сдвиг энергетического спектра турбулентности в область высоких частот (волновых чисел) по сравнению со спектром в круглой трубе, характеризующий возрастание диссипации энергии, наблюдается во всей области течения и для всех исследованных чисел Ее и Гг . При этом максимальные значения интенсивности турбулентности наблюдаются в следе за местами касания соседних труб, где энергетический спектр сдвинут в область высоких частот в большей мере. Увеличение доли энергосодержащих вихрей с ростом числа Рг (увеличением относительного шага закрутки труб S d) и уменьшение интенсивности турбулентности как за местами касания труб, так и в сквозных каналах, свидетельствует об уменьшении дополнительной турбулизации потока в пучке витых труб. Эти закономерности наблюдаются и при исследовании усредненных характеристик потока (коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления) [39]. [c.82]

До сих пор мы рассматривали акустическое возбуждение струи плоскими волнами. Новые возможности управления струями представляет акустическое возбуждение звуком высших азимутальных мод (спиральными волнами). Некоторые результаты такого исследования описаны в работе авторов [2.14]. Экспериментальная установка представляла собой ресивер с хонейкомбом и сеткой, из него через сопло с выходным диаметром d = = 40 мм истекала струя. Воздух в ресивер поступал от компрессора. Звук от четырех динамиков подводился к соплу через цилиндрические трубки к выходному участку сопла в сечении, отстояшем на 30 мм вверх по потоку от плоскости среза сопла. Оси трубок были перпендикулярны оси сопла, шаг трубок в окружном направлении составлял 90°. Выходные отверстия трубок были закрыты мелкоячеистой сеткой заподлицо с внутренней поверхностью сопла. При возбуждении на одной частоте сигналы с различных динамиков могли подаваться в фазе или со сдвигом фаз Аф. При включении двух противоположных динамиков сдвиг фаз мог составлять Аф = О или 180° при включении всех четырех динамиков Аф = О или 90°. Для возбуждения струи применялись громкоговорители мощностью 20 и 150 Вт. Скорость истечения струи uq — 30 - 60 м/с. Re = (1 - 2) 10 , пограничный слой на срезе сопла бьш турбулентным. [c.88]

Масштаб турбулентности и методическое приложение. Для окончательного замыкания рассмотренной модели необходимо задать внешний масштаб турбулентности Ь. Масштаб Ь, появляющийся в эволюционных уравнениях переноса для вторых моментов при параметризации неизвестных корреляций и характеризующий размеры больших энергосодержащих вихрей, зависит, вообще говоря, от процессов конвективного переноса, генерации и диссипации турбулентности, а также от предыстории этого процесса. В Гл.7 показано, что в свободных слоях со сдвигом масштаб Ь может быть определен при помощи простого модельного уравнения (см. формулу (7.3.1)). Вывод более общих дифференциальных уравнений для Ь является одной из самях сложных задач полуэмпирической теории многокомпонентной турбулентности. Как уже подчеркивалось в Гл. 4, параметр Ь не определяется только через одноточечные моменты пульсирующих величин. Являясь мерой расстояний между точками Г и Г2 в потоке, на которых еще существуют отличные от нуля корреляции <У"( 1Ж"( 2) внешний масштаб турбулентности I должен находиться из [c.282]

Нетюхайло А. П, Математическая модель турбулентных потоков импульса и тепла в стратифицированных течениях со сдвигом,— Материалы 6-й Всесоюз. конф. по тепломассообмену. Тепломассообмен — VI.—Минск, 1980, т. 1, ч. 3, с. 102—113. [c.331]

При изучении вклада вихрей различного масштаба в процесс переноса энергии в потоке было обнаружено, что турбулентность в пучке витых труб содержит наряду с крупными энергосодержащими вихрями и вихри малых размеров. Так какГ дис-сипация энергии под действием вязкости возрастает при уменьшении размера вихрей,- то наблюдаемьш в пучке витых труб сдвиг энергетического спектра турбулентности, в область высоких частот по сравнению со спектром в круглой трубе-[12] позволяет объяснить увеличение гидравлического сопротивления по сравнению с гидравлическим сопротивлением в круглых трубах. Выражая величину м " в виде спектра по волновым числам [c.75]

Модель со скольжением фаз — модель Локкарта—Марти-нелли — разработана на основе экспериментальных данных по потерям давления на трение при течении стабилизированных адиабатных потоков смесей воздуха с водой, бензином, керосином и различными маслами в прямых горизонтальных трубах [128]. В ее основу положен опытный факт однозначной зависимости комплексов и Фа от параметра X (см. соотношения (4.18)). При этом предполагалось отсутствие взаимодействия на границах раздела фаз и существование следующих сочетаний режимов течения жидкой и газообразной фаз турбулентный — турбулентный, ламинарный—турбулентный, турбулентный—ламинарный и ламинарный—ламинарный. При теоретическом обосновании модели Локкарта—Мартинелли [1071 учтено наличие сил сдвига, действующих на поверхности раздела фаз, и для упрощения инженерных расчетов получена достаточно простая зависимость [c.60]

Степень турбулентности Ео определяет добавочные возмущения, которые действуют на пограничный слой со стороны его внешней границы. Чем больше значение Ес, тем меньше размеры переходной области и ниже критическое значение Re. Положение переходной области и ее размеры заметно меняются в зависимости от характера внешнего течения. Если скорость в направлении движения жидкости падает, а давление растет dp/dx>0), т. е. имеет место диффузор-ное течение, устойчивость ламинарного течения резко снижается и переход к турбулентному течению происходит при более низких значениях Re, чем в случае безградиентного течения. Наоборот, при конфузорном течении область перехода сдвигается в зону более высоких значений, Re и одновременно растет ее протяженность. Стабилизирующее влияние ускоряющихся потоков очень велико и объясняется резким увеличением сил трения в пристеночной области. При некоторых условиях под действием возрастающих вязких напряжений происходит не только расширение области ламинарного течения, но и полное гашение уже развившегося турбулентного режима. Внешнее течение при ламинарном пограничном слое характеризуется обычно безразмерным параметром следующего вида f=(dujdx) . Тогда для оценки величины Re Kp2 можно воспользоваться полуэмпирической формулой А. П. Мельникова, которая одновременно учитывает влияние обоих рассмотренных факторов [c.166]

Вывод основных соотношений, преобразующих уравнения аэрогидродинамики-уравнение импульсов и неразрывности, в волновое уравнение с правой частью, описан в ряде работ [31, 15, 36], поэтому на выводе этого у1<авнения, называемого уравнением Лайтхилла, специально останавливаться не будем. Отметим лишь, что в уравнениях, полученных Лайтхиллом, предполагалось, что сами источники (турбулентные рейнольдсовы напряжения) и среда, в которой распространяется генерируемый ими звук, неподвижны, либо источники и среда перемешаются с одинаковой поступательной скоростью. Поскольку такое перемещение описывается стационарными уравнениями, то принципиально никаких новых процессов, обусловленных движением, не возникает. В уравнениях, описывающих излучение равномерно движущихся источников, появляется множитель типа (1 Мсо8 0), где 0-угол между направлением движения и радиусом-вектором 1 - у , соединяющим точку излучения у с точкой наблюдения от множитель отражает появление кинематического эффекта (доплеровского частотного сдвига) при равномерном перемещении источников относительно неподвижного наблюдателя. Движение точки излучения у определяется соотношением у = у + 17(х — у)/со = у + М х — у1, где у отсчитывается в подвижной системе координат. Что касается точки наблюдения х, то если она перемещается вместе с равномерно движущимся потоком, то доплеровского смещения нет, а если точка х находится вне области, занятой источниками, которая предполагается неподвижной, то появляется упомянутый выше доплеров-ский множитель. В общем случае может перемещаться как точка наблюдения х, так и точка излучения у. [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...