Свободный турбулентный поток со сдвигом

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]

Простейшим случаем такого потока может быть слой жидкости, находящейся на границе с неподвижной поверхностью, внезапно приводимой затем в параллельное движение сдвиг, будь он ламинарным или турбулентным, подчиняет своему влиянию постепенно возрастающую зону жидкости. Свободную турбулентность при подобных условиях можно создать, внезапно приведя два соседних жидких тела (слоя) в относительное движение, параллельное разграничивающей их поверхности. Интенсивный сдвиг на этой поверхности разрыва скорости (по сути, вихревой слой) очень быстро приводит к неустойчивости, зарождению турбулентности и диффузии, обусловливаемой вторичными течениями. Образующаяся турбулентность, усиливая местные напряжения, тем не менее обеспечивает условия, облегчающие ее распространение, так как при процессе перемешивания жидкость, [c.333]

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]

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

Чтобы ошибочно не показалось, что прандтлевское выражение для турбулентного сдвига является единственно возможным допущением в анализе свободного турбулентного потока с поперечным сдвигом, приведем два других допущения для чая. [c.357]

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]

Жертвуя в какой-то мере простотой, мы можем значительно выиграть в удобстве применения, заменив неустаповившийся равномерный процесс свободной турбулентности установившимся неравномерным процессом два параллельных потока с различными скоростями вступают в контакт в данной точке, а не в данный момент времени. Можно допустить, что это происходит в конечной точке тонкой разделительной стенки (без сопротивления). Тогда упомянутая последовательность эпюр скоростей представится в виде кривых, размещенных на разных расстояниях от точки начального контакта (рис. 115). Иными словами, наиболее интенсивный сдвиг происходит в конечной точке стенки, распространение турбулентности, образовавшейся в этой зоне, является причиной того, что все больше и больше жидкости вовлекается в процесс перемешивания, и по мере вырождения турбулентности, сформировавшейся ранее, образуется турбулентность более крупного масштаба. Конфигурация потока будет, очевидно, меняться в зависимости от относительных величин двух скоростей граничным условием параллельных линий тока без взаимного сдвига на разграничивающей поверхности является равенство скоростей. [c.334]

С помощью весьма наглядного опыта можно продемонстрировать внезапное увеличение сопротивления трубы при переходе от ламинарного течения к турбулентному. Схема этого опыта предетавлена на фиг. 185. Вода из напорного бака течет по резиновому шлангу и затем по длинной тонкой трубке. Из свободного конца этой трубки вода вытекает в виде струи. Перемещая напорный бак снизу вверх, можно наблюдать, что сначала с увеличением напора скорость истечения увеличивается и струя из трубки бьет все дальше и дальше. Но если, поднимая бак, достигнуть высоты, при которой ламинарное течение в трубке переходит в турбулентное, то струя начинает пульсировать и при дальнейшем увеличении напора расстояние, на которое бьет струя, уменьшается. Это свидетельствует о том, что потери на трение увеличились вследствие смены ламинарного режима течения турбулентным. Однако в некоторых случаях, как увидим в дальнейшем, влияние турбулентности потока в известном смысле слова обратно. Так, например, для неудобообтекаемых тел при переходе от ламинарного движения к турбулентному точка отрыва вихрей сдвигается в направлении потока и обтекание улучшается. Искусственно турбулизируя поток, можно, например, уменьшить сопротивление шара более чем в два раза. Положительную роль играет [c.465]

Мы начнем с вывода осредненных дифференциальных уравнений баланса вещества, количества движения и энергии (опорный базис модели), предназначенных для описания развитых турбулентных течений многокомпонентной смеси химически активных газов, и проанализируем физический смысл отдельных членов этих уравнений ( ЗЛ). Особое внимание будет уделено выводу (традиционным способом, основанном на понятии пути смешения) замыкающих реологических соотношений для турбулентных потоков диффузии, тепла и тензора турбулентных напряжений Рейнольдса ( 3.3). Прогресс в развитии и применении полуэмпирических моделей турбулентности первого порядка замыкания (так называемых градиентных моделей) для однородной сжимаемой жидкости (см., например, Таунсенд, 1959 Бруяцкий, 1986 Ван Мигем, 1977)) позволил получить обобщения некоторых из подобных моделей на важный для целей геофизики и аэрономии случай свободных стратифицированных течений многокомпонентной реагирующей смеси с поперечным сдвигом скорости Маров, Колесниченко, 1987). [c.114]

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]

Использование модели длины пути перемешивания в более сложных случаях является затруднительным. Во-первых, эмпирические константы, входящие в эту модель, оказьшаются не столь универсальными как для осевых течений во-вторых, в некоторых случаях при расчетах необходимо иметь сведения о турбулентной структуре закрученного потока. В связи с зтим в последние годы получили распространение усложненные полу-эмпирические методы, основанные на решении уравнений осред-ненного и пульсационного движений в совокупности с гипотезами полуэмпирического характера. Использование этих моделей для расчета свободных течений с поперечным сдвигом, потоков в кольцевых и криволинейных каналах, в циклонад, в закрученных струях дает удовлетворительные результаты [47]. [c.116]

В связи с отсутствием конкретных рекомендаций расчет закрученного потока в каналах вьтолняется при использовании эмпирических констант (с , Сд и т. д.), которые ранее бьши использованы при расчете свободных осевых течений с поперечным сдвигом [24]. Расчеты, проведенные в работах [24, 46], показывают, что такое приближение позволяет получать результаты, удовлетворительно совпадающие с экспериментальными, данными. Ольп использования усложненных полуэмпирических моделей приводит к заключению, что правильное задание значений е и (1 на входе в канал играет важное значение. При задании профилей е и 1 далеких от действительных возможны случаи качест-вешю неправильного описания трансформации локальных и турбулентных характеристик закрученного потока [46]. Отметим также, что результаты расчетов, полученные для е — е и е — к моделей, практически совпадают между собой [46] [c.117]

Перейдем к выводу дифференциальных уравнений переноса, описывающих эволюцию одноточечных вторых моментов < А "В > турбулентных пульсаций термогидродинамических параметров химически активной многокомпонентной среды с переменной плотностью и переменными теплофизическими свойствами. Такие уравнения для однородной жидкости в приближении Буссинеска Буссинеск, 1877) лежат в основе метода инвариантного моделирования во многих современных теориях турбулентности различной степени сложности (см. (Турбулентность Принципы и применения, 1980)). Несмотря на полуэмпирический характер уравнений для моментов, в которых при описании корреляционных функций высокого порядка используются приближенные выражения, содержащие эмпирические коэффициенты, следует признать достаточную гибкость основанных на них моделей. Они позволяют учесть воздействие механизмов конвекции, диффузии, а также возникновения, перераспределения и диссипации энергии турбулентного поля, на пространственно-временное распределение усредненных термогидродинамических параметров среды. Поэтому, подобные уравнения нашли широкое применение при численном моделировании таких течений жидкости, для которых существенно влияние предыстории потока на характеристики турбулентности в точке (Турбулентность Принципы и применения, 1980 Иевлев, 1975, 1990). С другой стороны, ими можно воспользоваться для нахождения коэффициентов турбулентного обмена в свободных потоках с поперечным сдвигом (градиентом скорости), в том числе применительно к специфике моделирования природных сред (Маров, Колесниченко, 1987). [c.168]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...