Понятие о турбулентном течении

ПОНЯТИЕ О ТУРБУЛЕНТНОМ ТЕЧЕНИИ [c.224]

Понятие о турбулентном течении [c.225]

В число Рейнольдса R, определяющее свойства течения жидкости в целом, в качестве характеристических размеров входит длина /, Наряду с таким числом, можно ввести качественное понятие о числах Рейнольдса турбулентных пульсаций различных масштабов. Если X — масштаб пульсаций, а vx — порядок величины их скорости, то R . v k/v. Это число тем меньше, чем меньше масштаб движения. [c.186]

В число Рейнольдса Re, которое определяет свойства данного течения в целом, входит линейная характеристика I [для трубы это диаметр d —см. формулу (175)]. Наряду с таким числом Рейнольдса можно ввести качественное понятие о числах Рейнольдса, которые имеются в турбулентном потоке пульсаций разных масштабов. [c.154]

Для иллюстрации сказанного на рис. 9.2 приведена зависимость, наглядно показывающая сокращение области гидравлически гладкого течения с возрастанием величины ks/ro. Если при ks/ro=2- (y- (го/ks oOO) влияние шероховатости проявляется в случае, когда Re>2-10 то при fes/ o=6,65-10 (ro/fes=15) область гладкого течения вообще отсутствует и шероховатость меняет закон сопротивления сразу после перехода к турбулентному рел<иму. Отмеченная особенность изменения коэффициента сопротивления в шероховатых трубах при турбулентном режиме течения тесным образом связана с введенным ранее понятием о вязком (ламинарном) подслое. Пока высота бугор- [c.246]

Уравнения движения турбулентного потока. Турбулентный поток по своей природе есть поток неустановившийся (нестационарный). Изучение такого потока связано со значительными трудностями, поскольку случайный характер изменения во времени и пространстве его кинематических и динамических параметров не позволяет описать турбулентное течение, пользуясь только традиционными методами математического анализа, применяемыми в классической гидромеханике. Механические системы с такими параметрами (в частности, турбулентный поток) изучаются статистической механикой. Впервые элементарные статистические понятия при рассмотрении турбулентного потока ввел Рейнольдс. Он представил меняющееся во времени мгновенные значения параметров турбулентного потока как сумму осредненного во времени значения параметра, около которого происходят мгновенные колебания, и его турбулентной пульсации. Так, по Рейнольдсу мгновенная скорость потока и, в проекции па ось (1 = х, у, г) может быть записана в виде [c.54]

Полуэмпирические теории турбулентности строятся на основе аналогии между турбулентностью и молекулярным хаосом. В них основную роль играют такие понятия, как путь перемешивания (аналог средней длины свободного пробега молекул), интенсивность турбулентности (аналог средней скорости движения молекул), коэффициенты турбулентной вязкости, теплопроводности и диффузии. На основе той же аналогии делается предположение о существовании линейной зависимости между тензором турбулентных напряжений и тензором средних скоростей деформации, а также турбулентным потоком тепла (или пассивной примеси) и средним градиентом температуры (или концентрации примеси). Эти предполагаемые зависимости дополняются затем еще некоторыми гипотетическими закономерностями, общий вид которых устанавливается с помощью качественных физических рассуждений или же просто подбирается наудачу из соображений простоты. Далее принятые предположения (или какие-либо простые следствия из них) проверяются на эмпирическом материале, и при этом попутно находятся значения неопределенных постоянных, входящих в используемые полуэмпирические соотношения. Если результаты проверки оказываются удовлетворительными, то полученные выводы распространяются на целый класс турбулентных течений, родственный тем, к которым относились выбранные для проверки теории эмпирические данные. [c.19]

В число Рейнольдса К, определяющее свойства данного течения жидкости в целом, в качестве характеристических размеров входит длина I. Наряду с таким числом Рейнольдса можно ввести качественное понятие о числах Рейнольдса, имеющихся в турбулентном потоке пульсаций различных масштабов. Если Л есть порядок величины масштаба данного движения, а г , — порядок величины его скорости, [c.147]

Подчеркнём, что и здесь движение жидкости турбулентно (в этом смысле обычно принятое название ламинарного подслоя неудачно). Сходство с ламинарным движением заключается только в том, что средняя скорость распределена здесь по такому же закону, по которому была бы распределена истинная скорость при ламинарном течении в тех же условиях. Никакой сколько-нибудь резкой границы между вязким подслоем и остальным потоком, разумеется, нет в этом смысле понятие о вязком подслое имеет чисто качественный характер. [c.201]

В заключение следует подчеркнуть, что нельзя смешивать понятие пограничного слоя и пристеночного слоя, о котором речь шла в 39, когда рассматривалось явление вблизи стенок трубы. Там по всей толщине потока течение формируется по законам турбулентности, свойственной внутренней задаче, а граница пристеночного слоя определяется особенностями распределения продольных пульса- [c.301]

Не следует смешивать понятия пристеночного, ламинарного подслоя в трубе с ранее введенным представлением о ламинарном пограничном слое. Напомним, что движение вязкой жидкости в пограничном слое определялось как силами вязкости и давлений, так и инерционными влияниями движение в пограничном слое не было равномерным, а сам слой нарастал по толщине вниз по потоку. В рассматриваемом сейчас ламинарном подслое движение равномерно и происходит под действием голько движущего перепада давлений и сил вязкости. Пограничный слой граничит с внешним безвихревым потоком, ламинарный подслой располагается иод турбулентным ядром течения, законы движения которого не имеют ничего общего с потенциальным потоком. Нам придется в дальнейшем иметь дело с турбулентным пограничным слоем в этом случае вблизи стенки, на дне турбулентного пограничного слоя, будет существовать ламинарный подслой. [c.610]

Проведенная классификация элементов пневмоники в известной мере условна. Например, в аэродинамическом генераторе колебаний, рассматриваемом как отдельный элемент, имеются струйное устройство и пневматическая камера. Требуют пояснений и некоторые из введенных выше понятий. Так при отсутствии особых оговорок будем считать малыми разности давлений до и после дросселя, при которых течение воздуха еще может рассматриваться как течение несжимаемой жидкости. Эти значения разности давлений отличаются в общем случае от граничных значений данной величины, при которых происходит переход от ламинарного течения к турбулентному. Наконец, можно говорить о малых перепадах давлений до и после дросселя, учитывая условия, при которых докритическое течение воздуха еще не переходит в надкритическое. При этом диапазоны изменения давлений в общем случае для разных условий различные. [c.18]

Итак, большинство эффектов, наблюдающихся в не описываемых классическими уравнениями пограничного слоя Прандтля ламинарных течениях, например, таких, как течения с отрывом, достаточно хорошо поняты теоретически. В общем случае в потоке возникают вязко-невязкие структуры, причем области течения вне и внутри пограничного слоя воздействуют друг на друга на относительно коротких масштабах длины. Несмотря на впечатляющие успехи асимптотического подхода и наличие ряда законченных результатов, данный круг явлений продолжает оставаться в фокусе внимания, о чем свидетельствуют многочисленные публикации последнего десятилетия. Интерес исследователей привлекает, во-первых, возможность приложений основных идей развитых теоретических методов к более сложным процессам (резонансные тройки, трехмерные пограничные слои, высокочастотные осцилляции в потоке, взаимодействие сильно нелинейных возмущений различных типов, ранние стадии ламинарно-турбулентного перехода) [c.7]

К спорным вопросам методики изложения, принятой в настоящем курсе, мы относим, например, предлагаемый авторами способ вывода общего уравнения энергии на основе первого начала термодинамики ( 4-2). Нам представляется, что традиционный способ использования первого начала термодинамики при выводе уравнения энергии, принятый в лучших отечественных курсах газовой динамики, является более корректным и дает возможность яснее представить сущность делаемых при этом термодинамических допущений. Недостаточно ясна с математической точки зрения трактовка понятий материального метода и метода контрольного объема в 3-6. Оба метода опираются на эйлерово представление о движении жидкой среды. Их противопоставление, как нам кажется, носит иногда искусственный характер. При выводе общих уравнений движения вязкой жидкости — уравнений Навье — Стокса — авторы, видимо, следуя Г. Шлихтингу , опираются на аналогию с напряженным состоянием упругого тела. При этом предполагается знание читателем некоторых вопросов теории упругости. Вряд ли такой способ вывода фундаментальных гидродинамических уравнений будет удобен для любого читателя. Еще одним спорным в методическом отношении местом является то, что изложение теории турбулентного пограничного слоя опережает изложение представлений о турбулентном течении в трубах. Между тем, как известно, теория пограничного слоя использует некоторые зависимости, устанавливаемые при изучении течений в трубах. Поэтому, может быть, естественнее начинать изложение вопроса [c.7]

В предшествующих параграфах были рассмотрены те простейшие случаи турбулентных установившихся осреднённых течений жидкости, для изучения которых было достаточно использовать понятие о турбулентном трении и некоторые предположения о подобии распреде- [c.500]

Причина несоответствия между величинами и ог, по-видимому, соотоит в тон, что передача тепла через паровую пленку происходит не только за счет молекулярной теплопроводности, но и молярного (конвективного) переноса. Вопрос о том, связан ли конвективный перенос тепла с переходом к турбулентному течению а паровой пленке - остается открытым. Поэтому дальше будем пользоваться общим понятием конвективного- переноса тепла. [c.239]

Как ламинарное, так и турбулентное дви кения возможны, вообще говоря, при всех числах Рейнольдса. Однако фактически имеет место лишь тот режим движения, который при данных условиях оказывается устойчивым. При малых значениях числа Рейнольдса устойчив ламинарный режим движения при больших значениях числа Рейнольдса этот режим не хтойчив и при всяком, даже малом, возмущении внезапно, скачком, переходит в турбулентный режим. Между малыми и большими значениями числа Рейнольдса имеется промежуточная, так называемая переходная, область, в которой оба режима движения неустойчивы здесь можно наблюдать как ламинарное течение, так и его внезапный переход в турбулентное. Значение числа Рейнольдса, отделяющее область ламинарного течения от переходной области, называется критическим числом Рейнольдса и обозначается Вцр. (Иногда вводят также понятие о втором критическом числе Рейнольдса, отделяющем переходную область от области развитой турбулентности.) [c.463]

Рейнольдса Тг = —рщи], являющихся лишними неизвестными в уравнениях Рейнольдса (1.3). Вид этих неизвестных (т. е. их зависимость от пространственных координат и времени), по-видимому, должен в значительной мере определяться крупномасштабными особенностями течения, т. е. в первую очередь полем средней скорости и. При определении общего характера зависимости от и можно опереться на внешнюю аналогию между беспорядочными турбулентными пульсациями и молекулярным хаосом и попытаться использовать методы кинетической теории газов. Поскольку в кинетической теории газов очень большую роль играет понятие средней длины свободного пробега молекул 1т, в теории турбулентности при таком подходе прежде всего вводится понятие пути перемешивания I (независимо друг от друга предложенное двумя создателями полу-эмпирического подхода к исследованию турбулентности Дж. Тейлором и Л. Прандтлем), определяемого как среднее расстояние, проходимое отдельным турбулентным образованием ( молем жидкости), прежде чем оно окончательно перемешается с окружающей средой и потеряет свою индивидуальность. Другим важным понятием кинетической теории газов является понятие средней скорости движения молекул в полуэмпирической теории турбулентности ему соответствует понятие интенсивности турбулентности — средней кинетической энергии турбулентного движения единицы массы жидкости. Наконец, ньютоновой гипотезе о линейности зависимости между вязким тензором напряжений (Тц и тензором скоростей деформации ди дх] + дщ1дх1 (причем коэффициентом пропорциональности в этой зависимости является коэффициент вязкости р1тЬт) в полуэмпирической теории турбулентности Прандтля отвечает гипотеза о линейности зависимости между напряжениями Рейнольдса и скоростями деформации осредненного течения. [c.469]

Вначале теория пограничного слоя развивалась главным образом в применении к ламинарным течениям несжимаемой среды. Для этих течений можно было считать, что силы трения в них допустимо подсчитывать на основе закона трения Стокса. Эта область применения теории пограничного слоя была в дальнейшем столь глубоко развита в многочисленных исследованиях, что в настоящее время ее можно считать в основных чертах исчерпанной. Позже теория пограничного слоя была распространена также на практически более важные случаи несжимаемых турбулентных течений в пограничных слоях в предполоячении несжимаемости среды. Правда, для турбулентных течений О. Рейнольдс еще в 1880 г. ввел весьма важное понятие [c.16]

Следовательно, на основании этих теоретических расчетов можно сделать вывод, что во многих практически реализуемых нестационарностях при турбулентном течении в каналах вполне приемлем квазистациоиарный метод расчета (исключение составляет периодический закон изменения нагрузки, главным образом из-за того, что при его реализации понятие коэффициента теплоотдачи теряет смысл). Однако такой вывод нельзя считать обоснованным, ибо он является очевидным следствием принятых в расчетах допущений о постоянстве физических свойств и квазистационарном распределении турбулентных параметров. В гл. 1 и 2 показано, что эти допущения не соответствуют действительности. Именно по этой причине результаты расчетов и экспериментов не согласуются. Это лишний раз доказывает, что исследование влияния тепловой и гидродинамической нестационарностей на структуру турбулентных потоков является очень важной задачей. [c.99]

Великолепный обзор ранних работ по теории турбулентного пограничного слоя содержится у Прандтля ), Следуя представлению о том, что течение в турбулентном пограничном слое в противоположность макроскопически упорядоченному движению жидкости в ламинарном пограничном слое в значительной мере представляет собой чрезвычайно хаотическое случайное движение жидких частиц, Прандтль подходит к описанию ранней работы Рейнольдса по турбулентному течению, к понятию турбулентной вязкости, длины перемешивания и теории подобия и к эмпирическим формулам коэффициента сопротивления для течений в трубах и около плоских пластин. Поскольку представленное здесь исследование гиперзвукового реагирующего или нереагирующего турбулентного пограничного слоя является развитием многих концепций, сформулированных Прандт-лем, мы рекомендуем серьезному читателю ознакомиться с исследованиями Прандтля, с тем чтобы глубже понять все изложенное в этой главе. [c.236]

Процесс теплоотдачи называют стационарным, если поле температуры t (L) не зависит от времени, и нестационарным, если распределение температуры в потоке жидкости зависит от времени. Опыт показывает, что при ламинарном течении поле температуры в потоке жидкости непрерывно. Распределение средней во времени температуры в турбулентном потоке также, по-видимому, обладает свойствами непрерывного поля. Поэтому в дальнейшем распределение температуры в потоке жидкости будет рассматриваться в качестве непрерывного поля, для которого сохраняет смысл понятие о градиенте температуры grad t и векторе плотности потока тепла q. Для регистрации потоков жидкости и тепла используют систему отсчета Эйлера. [c.232]

В условиях турбулентного течения аналогично формированию динамического пограничного слоя неодинаковая концентрация на внутренней его границе и BjHe его приводит к образованию диффузионного пограничного слоя. Если по аналогии с коэффициентом теплоотдачи а ввести понятие о коэффициенте массоотдачи р, то [c.260]

Выше было показано, что при течении несжимаемой жидкости в трубе реальное распределение скоростей отличается от логарифмического весьма мало. В пограничном слое на непронидаемой пластине отклонения более существенны. Тем не менее и в этом случае логарифмическое распределение скоростей удовлетворительно описывает реальное до значений (о=0,9. Это обстоятельство позволяет ввести понятие модельного турбулентного пограничного слоя с законом распределения длины пути смешения [c.26]

За расчетную схему примем наиболее общий случай течения в вихревой трубе с дополнительным потоком (рис. 4.7). В этом случае режим работы обычной разделительной вихревой трубы представляет собой предельный при О- Используем понятие элементарного объема вращающегося газа dQ. = V nrdr. Условие осевой симметрии обеспечивает отсутствие фадиентов в направлении угловой координаты ф. В сформированном потоке вихревой трубы радиальные скорости пренебрежимо малы. В процессе построения аналитической расчетной цепочки можно использовать принцип суперпозиции, т. е. независимость законов движения по нормальным друг к другу осям координат. Процесс энергообмена в сопловом сечении считаем заверщенным. Определим предельно возможные по разделению энергетические уровни потенциального и вынужденного вихрей. Длина пути перемешивания и фадиент давления определяют предельный эффект подофева приосевого турбулентного моля при его переходе на более высокую радиальную позицию. При этом делается допущение о переходе в сечении, перпендикулярном оси. Осевой снос моля не учитывают. Вязкость и теплопроводность проявляют себя, если присутствуют фадиенты скорости и температуры. Поэтому при формировании свободного вихря вязкость будем учитывать, анализируя процесс затухания окружного момента [c.191]

В определениях понятия турбулентность , сформулированных разными авторами, в той или иной степени отражаются рассмотренные выше особенности турбулентного движения. Дж. И. Тейлор и Т. Карман /287, 371/ дают следующее определение турбулентности Турбу-лентность - это неупорядоченное движение, которое в общем случае возникает в жидкостях, газообразных или капельных, когда они обтекают непроницаемые поверхности или же когда соседние друг с другом потоки одной и той же жидкости следуют рядом или проникают одн[н в другой . И. О. Хинце несколько уточняет определение турбулентности /253/ Турбулентное движение жидкости предполагает наличие неупорядоченного течения, в котором различные величины претерпевают хаотическое изменение во времени и по пространственным координатам и при этом могут быть выделены статистически точные их осред-ненные значения . Р. Р. Чуг аев дает такое определение /256/ Движение турбулентное - движение кидкости, при котором частицы жидкости перемешиваются по случайным неопределенно искривленным траекториям, имеющим пространственную форму при этом движение траекторий частиц, проходящих в разные моменты времени через неподвижную точку пространства, имеют различный вид данное движение носит беспорядочный, хаотичный характер и сопровождается постоянным как бы поперечным перемешиванием жидкости, причем это движение характеризуется наличием пульсаций скорости и пульсаций давления . В терминологии АН СССР Гидромеханика /10/ определение турбулентного движения дается так Турбулентное движение - движение жидкости с пульсацией скоростей, приводящей к перемешиванию ее часггиц . Более емким является определение, данное М. Д. Миллионщи-ковым Турбулентный режим - это статистически упорядоченный обмен, вызванный вихревыми образованиями различного масштаба /148/. [c.13]

Следовательно, и среднее значение ((>у) и < 0. Отсюда получаем, что т.,, =—(ри) и > О, т. е. напряжение турбулентного трения при распределении скорости (рис. 6.8) имеет направление, совпадающее с положительным направлением оси х. Аналогично получаем, что при распределении температуры (см. рис. 6.7) т = (Р ) СрТ < О, т. е. турбулентный поток направлен от слоев с большей температурой к слоям с меньщей температурой. Используя эти результаты, можно ввести понятия турбулентной вязкости .ц и теплопроводности По аналогии с ламинарным течением [c.155]

Вводя понятие путь смешения , Л. Прандтль по аналогии с кинетической теорией газов сделал предположения о зависимости коэффициента турбулентной вязкости от произведения пути смешения на величину dujdy, если рассматривать течение в плоскости XOY, т. е. [c.26]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...