Турбулентное течение в трубе и в пограничном слое

Турбулентное течение в трубе и в пограничном слое [c.48]

ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В ТРУБЕ И В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ [c.49]

В соответствии с теорией пути перемешивания одни, и те же объемы жидкости, пульсируя, одновременно переносят количество движения, тепло и примесь. Казалось бы, что механизм переноса всех субстанций должен быть одинаков — турбулентная диффузия, и Ргт и 5ст должны быть равны единице. Однако это простейшее предположение Ргт 1 и 5сг 1 приближенно выполняется лишь для турбулентных течений в трубах и в пограничном слое, т. е. для пристеночной турбулентности, где имеет место подобие полей скорости, температуры и концентрации. [c.127]

В учебном пособии рассмотрены основные вопросы совре менной гидромеханики статика, кинематика и динамика. Приведены выводы общих уравнений движения сплошных сред. Даны законы переноса импульса, тепла и вещества. Изложена теория потенциального днижения как для плоских, так и для пространственных потоков. Рассмотрена сжимаемость газа при дозвуковых и сверхзвуковых течениях. Освещены вопросы теории движения вязкой жидкости, подробно рассмотрены ламинарное и турбулентное движения в трубах и в пограничном слое. Дан метод расчета трубопроводов. [c.2]

Как видим, теория достаточно хорошо подтверждается экспериментом, и тем самым оправдывается введенная выше аналогия между турбулентными течениями по трубам и в пограничном слое плоской пластинки. [c.258]

Книга издается в двух томах. Первый том содержит современное изложение вопроса о гидродинамической неустойчивости и переходе к турбулентности, а также описание основных положений теории турбулентных течений в трубах, каналах и пограничных слоях. Специальные разделы здесь посвящены играющим очень большую роль в метеорологии и океанологии турбулентным течениям в термически стратифицированной среде, а также важной для экологии теории распространения примесей в турбулентных течениях. [c.2]

Коэффициент турбулентной вязкости был чисто формально введен в п. 5.1 для случая плоскопараллельного течения жидкости после он несколько раз использовался в 5 для описания простейших турбулентных течений в трубах, каналах и пограничном слое (см. особенно п. 5.8). Сейчас мы покажем, как подобные же коэффициенты могут быть введены и в общем случае произвольного трехмерного течения. [c.331]

В переходном режиме коэффициент сопротивления трения зависит не только от шероховатости, но и от числа Рейнольдса. Л. Прандтль и Г. Шлихтинг, исходя из логарифмического закона скоростей и допущения об аналогии между течением в трубе и в турбулентном пограничном слое, выполнили расчеты коэффициента сопротивления трения во всех трех режимах течения. На рис. 9.6 результаты этих расчетов представлены в виде номограммы. Два семейства кривых создают удобство в пользовании номограммой при выполнении вариантных расчетов. Штриховой линией обозначена граница квадратичной области. Номограмма построена на основе предположения, что турбулентный слой начинается от переднего края пластины. [c.372]

Ламинарный и турбулентный режимы течения наблюдаются при движении жидкости в трубах, каналах, в пограничных слоях при внутреннем и внешнем обтекании различных тел, [c.82]

До сих пор в настоящей главе мы рассматривали турбулентные течения в каналах, трубах и пограничных слоях, т. е. течения около твердых стенок, трение о которые приводит к непрерывному порождению завихренности и оказывает непосредственное влияние на все течения. Однако в природе и в технике часто встречаются также турбулентные течения совершенно другого рода, в которых непосредственное влияние каких-либо твердых стенок отсутствует и которые называются поэтому свободной турбулентностью. Важнейшими видами свободных турбулентных течений являются турбулентные следы за обтекаемыми жидкостью (или движущимися сквозь жидкость) твердыми телами, турбулентные струи и зоны турбулентного перемешивания, возникающие на границе между течениями, имеющими разную скорость и не разделенными какими-либо твердыми стенками. [c.306]

Это предположение подтверждается следующими экспериментальными фактами. Во-первых, профиль скорости в пограничном слое на стенках прямолинейных участков цилиндрических труб такой же, как и профиль скорости на плоской пластине, независимо от того, какое течение — ускоренное или замедленное — предшествовало течению около прямолинейного участка трубы. Во-вторых, профиль скорости над точкой отрыва в турбулентном пограничном слое несжимаемой жидкости не зависит от параметров течения во внешнем потоке до точки отрыва. Универсальность отрывного профиля нри различном характере течения до сечения отрыва также говорит о том, что можно пренебречь влиянием внешнего потока вне небольшой окрестности рассматриваемого сечения. Наконец, опыты но исследованию взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем непосредственно показывают, что заметные изменения в пограничном слое происходят лишь на расстоянии, равном всего не скольким толщинам пограничного слоя. Следовательно, даже очень сильное изменение давления во внешнем потоке, вызванное скачком уплотнения, влияет на характер течения в пограничном слое впереди скачка уплотнения лишь в малой окрестности. [c.332]

Положение точки отрыва вихрей от цилиндра не является стабильным. При большой степени турбулизации потока, характеризуемой числом Re>2 10 , течение не только в канале, где установлена труба, но и в пограничном слое переходит в турбулентное. Отрыв турбулентного пограничного слоя от цилиндра происходит при ср = = 120... 140°. Последнее обстоятельство улучшает обтекание цилиндра вследствие уменьшения вихревой зоны и резко увеличивает теплоотдачу. [c.345]

В общем случае в начальной части трубы можно выделить пограничный слой с ламинарным, переходным и турбулентным режимами течения. Переход от ламинарного течения к турбулентному может-про-исходить в ядре потока и в пограничном слое не одновременно. Из опытов следует, что при ламинарном течении в пограничном слое движение в ядре потока может иметь ярко выраженный турбулентный характер. Чем больше степень турбулентности на входе в трубу, тем меньше длина ламинарного пограничного слоя [Л. 174]. [c.217]

Вначале рассмотрим некоторые общие понятия. Течение жидкости обычно бывает либо ламинарным (прямолинейным), либо турбулентным. В первом случае скорость флюида всегда имеет одно и то же направление если поток флюида ограничен стенками трубы, вертикальная составляющая скорости отсутствует. При турбулентном течении, хотя флюид и перемещается вдоль трубы, в любой точке существует радиальная составляющая скорости, значение которой сильно колеблется. В обоих случаях возникает пограничный слой флюида, прилегающий к стенке трубы в этом слое турбулентность равна нулю и через него происходит теплопередача за счет теплопроводности. Коэффициент теплопередачи конвекцией h должен тогда зависеть от тех параметров потока флюида, которые воздействуют на этот ламинарный пограничный слой. [c.215]

Крупномасштабные компоненты вносят основной вклад в передачу через турбулентную среду импульса и тепла, и потому их описание необходимо для расчетов сопротивления и теплообмена при обтекании твердых тел жидкостью или газом. Поэтому естественно, что при развитии теории турбулентности разработке методов описания крупномасштабных компонент было уделено первоочередное внимание. Неотложные нужды практики потребовали проведения большого числа экспериментальных исследований свойств крупномасштабных компонент турбулентности для течений в трубах, каналах, пограничных слоях и в свободных турбулентных течениях (струи, следы за обтекаемыми жидкостью телами и т. п.). На базе этих исследований были построены так называемые полу эмпирические теории турбулентности. Этот этап начался еще в середине 10-х годов текущего столетия, а его расцвет пришелся на 20-е и 30-е годы. Решающие шаги в развитии полу-эмпирического подхода к теории турбулентности были сделаны Джеффри Тэйлором (1915, 1932), Людвигом Прандтлем (1925) и Теодором фон Карманом (1930). [c.14]

В предыдущей главе были приведен уравнения, описывающие движения жидкости, и указаны некоторые их простейшие решения. При этом мы отмечали, что полученные решения далеко не всегда хорошо соответствуют каким-либо реально наблюдаемым течениям. Так, например, в п. 1.2 было сказано, что течение в трубе описывается формулами (1.23) —(1.26) лишь в случае достаточно большой вязкости или достаточно малой средней скорости, а в п. 1.4 отмечалось, что найденное Блазиусом решение уравнений пограничного слоя на плоской пластинке хорошо соответствует эмпирическим данным лишь при не слишком больших значениях i/л /v. Оказывается, что так же обстоит дело и в большинстве других случаев. Как правило, решения уравнений гидродинамики, точные или приближенные, удовлетворительно описывают реально наблюдаемые течения лишь при некоторых специальных условиях. Если же эти условия не соблюдаются, то характер течения резко меняется и вместо плавного изменения значений гидродинамических полей, соответствующего теоретическим решениям, наблюдаются хаотические пульсации гидродинамических полей во времени и пространстве типа тех, которые изображены на рис. В. 1. Таким образом, течения жидкости распадаются на два резко различающихся класса плавные течения, меняющиеся во времени лишь в связи с изменением действующих сил или внешних условий, называются ламинарными, а течения, сопровождающиеся хаотическими пульсациями гидродинамических полей как во времени, так и в пространстве, — турбулентными. [c.64]

Рис. 43. Распределение средней температуры при турбулентном течении в трубе и в пограничном слое по данным Элиаса (О) и Нуннера (X)-

Во внешней части сопровождаемого тепло- или массоперено-сом развитого турбулентного течения в трубе, канале или пограничном слое, где турбулентный перенос импульса, тепла и массы по интенсивности намного превосходит молекулярный перенос тех же субстанций, должен выполняться принцип обобщенного подобия по числу Рейнольдса (т. е. подобия по числам Рейнольдса и Пекле), согласно которому характеристики турбулентности на значительных расстояниях от стенки не зависят уже от молекулярных коэффициентов переноса V и х (а значит, и от включающих эти коэффициенты чисел Не, Ре и Рг). Важнейшим следствием из этого принципа является закон дефекта температуры, согласно которому [c.293]

Турбулентные течения в трубах наиболее часто встречаются в технике,. имеют большое практическое значение и им посвящены многочисленные исследования. Опыты показывают, что влияние стенки на характеристики турбулентных течений настолько велико, что пристеночные турбулентные течения в каналах и в турбулентных пограничных слоях обтекаемых тел имеют много общих фундаментальных закономерностей. Пр.и ламинарном течении в трубе поле течения однородно — определяется только молекулярным трениехМ. Форхмулы поля скоростей t /wmax= (l—и закона сопротивления тр = 64/Re получены чисто теоретическим путем из решения уравнений неразрывности и Навье— Стокса (см. п. 7.1). При турбулентном режиме течения также существует однозначная связь между полем скоростей и законом сопротивления. Однако эти зависимости получить теоретически пока невозможно либо поле. скоростей, либо закон сопротивления должны быть получены из эксперимента. [c.145]

В случае течений, ограниченных стенками, нельзя считать, что /(= onst, но можно выдвинуть другие гипотезы о коэффициенте турбулентной вязкости К. Например, в случае плоскопараллельного течения около плоской стенки (но не слишком близко от нее — за пределами вязкого подслоя) к хорошим результатам приводит гипотеза о пропорциональности коэффициента К расстоянию до стенки из нее вытекает логарифмическая формула (6.22) для профиля скорости, согласующаяся с выводами из соображений размерности. Для течений в трубах, каналах и пограничном слое также был предложен ряд гипотез о зависимости К от расстояния до стенки z. В качестве примера можно указать на заметку Госса (1961), в которой показано, что для труб и пограничного слоя к неплохо согласующимся с опытом результатам приводит предположение о пропорциональности К функции 1—(I—z/б) , где Ь — радиус трубы или толщина пограничного слоя, или на гипотезу Сцаблевского (1968) = (1 — 2/6) ехр (—zimb) при и К—К(тЬ) при m z/6[c.320]

В случае течений, ограниченных стенками, нельзя считать, что К = onst но здесь в ряде случаев можно выдвинуть другие разумные гипотезы о коэффициенте турбулентной вязкости К, позволяющие доопределить соответствующие уравнения Рейнольдса. Так, например, в случае плоскопараллельного течения около плоской стенки (но не слишком близко от нее—за пределами вязкого подслоя) к хорошим результатам приводит гипотеза о пропорциональности коэффициента К расстоянию до стенки из нее немедленно вытекает логарифмическая формула (5.22) для профиля скорости, согласующаяся с выводами из соображений размерности. Для течений в трубах, каналах и пограничном слое также был предложен ряд гипотез о зависимости К от расстоян я pf) стенки г в качестве примера мож о [c.293]

Течение в переходной области пограничного слоя аналогично течению в переходной области в трубах. Так, наблюдалось, что турбулентность возникает в ограниченных зонах в виде локальных турбулентных пятен, за пределами которых поток сохраняет ламинарную структуру. Турбулентные пятна распространяются вниз по течению и прив-адт к перемежаемости, аналогичной той, которая имеет место нг аереходных режимах в трубах. Наряду с этим на переходных у хтках происходит обмен жидкими объемами между внешним потоком и пограничным слоем через его внешнюю границу, что обусловливает другой тип перемежаемости. [c.363]

К сожалению, опытные данные, которые позволили бы разрешить это противоречие, отсутствуют. Если провести тот же расчет по методу определяющей температуры, предложенному Эккертом, то при использовании физических свойств воздуха при умеренных температурах получим п = —0,19, т = —0,27. Однако метод расчета Эккерта не имеет достаточного физического обоснования. Поэтому можно сделать лишь тот вывод, что при То1Тос< <1 пит, видимо, заключены между О и —0,4. Для 7 о/7 оо>1 отсутствуют как опытные данные, так и аналитические расчеты. Однако некоторые выводы можно сделать на основании косвенных данных. Согласно большинству опытных данных для турбулентного течения в трубах наиболее вероятное значение п = —0,5. Трудно представить себе, что соответствующее значение п для турбулентного внешнего пограничного слоя значительно отличается от этой величины. Кроме того, в следующей главе будет показано, что число Маха влияет на теплообмен и сопротивление через изменение физических свойств с температурой. Согласно аналитическим и экспериментальным данным для турбулентных высокоскоростных потоков значения лит лежат в диапазоне от —0,5 до —0,6. [c.324]

Полностью развитое, или равномерное, течение в трубах и каналах может расматриваться как особая разновидность течения с пограничным слоем. Как и в общем случае турбулентного пограничного слоя, основную роль в формировании профиля осредненной скорости играет турбулентность, генерирующаяся из-за сдвигового течения вблизи твердой стенки. Имеется, вообще говоря, одно существенно отличие при турбулентном течении в трубах и каналах турбулентность распределена по поперечному сечению непрерывно, и перемежающегося вторжения нетурбулизованной жидкости в область максимальной осредненной скорости не происходит. Тем не менее осредненные характеристики полностью развитого течения в трубах и каналах имеют много общего со свойствами пограничных слоев, рассмотренных в гл. 12. [c.281]

В зависимости от режима течения различают ламинарный и турбулентный пограничные слои. По мере развития пограничного слоя толщина его возрастает. Пока она мала, течение в пограничном слое будет ламинарным, лаже если внешний поток турбулентный. Режим течения в пограничном слое так же, как для потока в трубах и каналах, может характеризоваться величиной числа Рейнольдса, составленного по толщине б пограничного слоя, скорости щ внешнего потока и кинематическому коэффициенту вязкости v. С увеличением толщины б число Рейнольдса в некоторой точке может достигнуть критического значения. За этим сечением формируется турбулентный пограничный слой. Таким образом, в общем случае при безотрывном обтекании некоторой твердой поверхности потоко.м имеет место сочетание ламинарного и турбулентного пограничных слоев. [c.74]

Для больших чисел Прандля (Рг > 1) основное термическое сопротивление сосредоточено в очень тонком слое (совпадаюш ем при Рг 50 с вязким подслоем) внешнее воздействие (искусственная турбулентность, интенсивное перемешивание) практически не отражается на структуре и характеристике 8 , в этом случае. Поэтому влияние температурного фактора для капельных жидкостей для течения в трубе и поперечного обтекания цилиндра или пучка будет одинаковым, и Ки (Рг /Рг , ) - . С уменьшением числа Прандля, например, для газов (Рг 0.7) величина совпадает с толщиной динамического слоя, т. е. становится относительно большой, и внешнее воздействие изменяет структуру этого слоя. Интенсивное перемешивание, которое наблюдается при омывании цилиндра, способствует выравниванию температур в пограничном слое, и влияние температурного фактора уменьшается Ки Для поперечно-омы- [c.39]

Заканчивая введение, мы хотели бы сказать несколько слов о содержании настоящей книги. Разумеется, совершенно невозможно в одном или двух томах исчерпать весь круг вопросов, связанных с проблемой турбулентности ). Мы и не пытались это сделать, а отобрали лишь тот материал, который, как нам кажется, может помочь выяснению физической природы турбулентности. Поэтому мы Почти не останавливались на конкретных приложениях инженерного характера и на математических тонкостях, связанных с расчетом статистических характеристик. С этим связано и то, что мы всюду ограничивались рассмотрением лишь простейших течений и простейших задач. Так, на-нример, в книге говорится только о течении в прямых круглых трубах пограничный слой рассматривается только на плоской пластинке и при отсутствии градиента ддвления в обтекающем потоке диффундирующие [c.28]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...