Напряжение сил трения в турбулентном потоке

В гидродинамике для определения напряжения сил трения в турбулентном потоке обычно применяется выражение [c.129]

На основании изложенного можно сделать заключение о том, что полное напряжение сил трения в турбулентном потоке будет определяться суммой, состоящей из основного вязкостного напряжения и дополнительного напряжения от пульсаций, т. е. [c.233]

Напряжение сил трения в турбулентном потоке. Для получения полного напряжения сил трения достаточно к основному вязкостному трению по И. Ньютону, строго соответствующему силам трения в ламинарном потоке, прибавить дополнительное напряжение от пульсации по уравнению (V. 16) [c.108]

Прн вычислении потерь напора надо различать два режима движения потока жидкости — ламинарный 1 турбулентный. При ламинарном режиме для напряжений сил трения в жидкости спра ведлив закон Ньютона (1.18) и задача сводится к решению уравнения Пуассона [c.35]

Как известно, увеличение площади межфазной поверхности позволяет существенно повысить скорости тепло- и массообменных процессов. В системах газ—жидкость этого увеличения добиваются за счет интенсификации процессов дробления дисперсной фазы. Дробление пузырьков газа в жидкости может осуществляться как в ламинарном, так и в турбулентном потоке жидкости за счет взаимодействия между сплошной и дисперсной фазами [45]. Вязкие напряжения в первом случае или инерционные силы— во втором стремятся деформировать и разрушить пузырек газа. Капиллярные силы поверхностного натяжения полностью или частично компенсируют эти воздействия на пузырьки газа со стороны жидкости. Таким образом, дробление пузырька происходит пли не происходит в зависимости от соотношения между силами вязкого трения и поверхностного натяжения (в ламинарном потоке) либо между инерционными и поверхностными силами (в турбулентном потоке). [c.123]

Возникающие в пограничном слое вихри проникают в центральную часть потока, составляющую турбулентное ядро течения, где происходит непрерывное и интенсивное перемещение отдельных частиц жидкости. Это вызывает образование дополнительных потерь напора, которые сопровождаются гашением кинетической энергии турбулентности, заключенной в вихрях. Следовательно, при турбулентном режиме движения жидкости в отличие от ламинарного режима кроме напряжения сил трения, обусловленных физическими свойствами жидкости, возникают еще д чол-нительные напряжения, вызываемые турбулентностью потоки. [c.45]

Если сравнить уравнение (197) с уравнением движения Рейнольдса для осредненного турбулентного пограничного слоя, то можно сделать вывод, что функция F (х, у) играет роль, аналогичную роли напряжениям Рейнольдса в турбулентном потоке. Принципиальное различие заключается в том, что дополнительные силы трения в колеблющихся ламинарных потоках зависят от корреляции между скоростями Аи, А о, Аи д A.U д Лмш [c.85]

Турбулентное напряжение силы трения и плотности турбулентного теплового потока можно представить в виде [c.24]

При развитии пограничного слоя в условиях неблагоприятного градиента давления эффект восстановления давления в потоке проявляется в меньшей степени. Максимальное касательное напряжение, которое теперь наблюдается в пограничном слое на некотором расстоянии от стенки, увеличивается растут также и генерация турбулентности и диссипация энер(ГИ . Поэтому полная работа сил сопротивления в потоке увеличивается. Хотя при этом и происходит уменьшение касательных напряжений на стенке (как свидетельствует об этом снижение С/), суммарное лобовое сопротивление тела, слагающееся как из сопротивлений трения, так и из сопротивления давления, возрастает. [c.277]

Для ответа на этот вопрос следует выяснить, от каких параметров может зависеть статистический режим мелкомасштабных пульсаций. Естественно ожидать, что при переходе ко все более и более мелким пульсациям, наряду с ослаблением ориентирующего влияния осредненного течения, будет ослабевать и влияние всех вообще его геометрических и кинематических особенностей. Поэтому можно думать, что характеристики осредненного течения (типа, например, характерной длины Ь и характерной скорости и) не будут непосредственно определять статистический режим мелкомасштабных пульсаций. Но в таком случае статистический режим этих пульсаций не будет зависеть от конкретного вида осредненного движения, а будет определяться своими собственными внутренними закономерностями. Подобные закономерности, очевидно, должны быть обусловлены общими для всех локально изотропных турбулентных течений процессами передачи энергии от крупномасштабных движений к движениям меньших масштабов под действием сил инерции (т. е. в виде работы, совершаемой против действия напряжений Рейнольдса) и диссипации энергии в теплоту под действием вязкого трения. Это утверждение можно перевести на язык общей механики, рассматривая развитый турбулентный поток как динамическую систему с очень большим числом степеней свободы и выделив степени свободы, относящиеся к мелкомасштабным (и высокочастотным) компонентам движения. Тогда сказанное выше означает, что силы инерции и силы трения, отвечающие выделенным степеням свободы, должны находиться в статистическом равновесии, не зависящем от особенностей крупномасштабных компонент движения. [c.317]

Для турбулентного потока типично явление пульсации скорости и давления, т. е. резкие изменения давления и скорости в данной точке во времени, по величине и по направлению. Если при ламинарном режиме энергия расходуется только на преодоление сил внутреннего трения между слоями жидкости, то при турбулентном режиме кроме этого энергия затрачивается на процесс хаотического перемешивания жидкости, что вызывает в жидкости дополнительные напряжения. Поэтому уравнение (1.9) приобретает вид [c.39]

В основе этой теории лежит гипотеза Прандтля, согласно которой силы вязкости играют существенную роль только в пределах пограничного слоя, а в остальной части потока ими можно пренебречь. Исходя из уравнений движения и энергии получены дифференциальные уравнения для ламинарного и турбулентного пограничных слоев. Кроме дифференциальных уравнений, в теории пограничного слоя часто применяются интегральные уравнения. Уравнения теплового пограничного слоя позволяют в конечном итоге определить коэффициент теплоотдачи, а уравнения динамического пограничного слоя — напряжения трения на поверхности теплообмена. [c.198]

Предположим, что произошло изменение в распределении осред-ненных скоростей и появление турбулентной вязкости предопределяется случайным сильным искажением распределения скоростей в пределах потока, т.е. упруговязкие характеристики среды не в состоянии восстановить первоначальное распределение скоростей. В результате возникает первоначальное перемещение конечных масс не только по направлению основного потока, приводящее к переносу количества движения большей величины в сравнении с переносом молекулами при ламинарном движении. Для осредненного движения перенос количества движения поперек потока количественно характеризуется турбулентной вязкостью. В турбулентном потоке имеет место уже распределение двух взаимосвязанных и взаимозависимых параметров - осредненной скорости и турбулентной вязкости. Турбулентная вязкость, имея намного большую величину, чем молекулярная вязкость, соответственно увеличивает абсолютную величину касательного напряжения (внутреннего трения), однако не может изменить закона касательного напряжения, зависящего только от равновесия действующих сил. Следовательно, равновесные распределения скорости и турбулентной вязкости предопределяются законом касательного напряжения. В этом, взаиморавновесном распределении скорости и турбулентной вязкости, немаловажное значение имеет молекулярная вязкость, через которую происходит диссипация энергии. Только сумма молекулярной и турбулентной вязкостей соответствует данному закону касательного напряжения. [c.60]

Чем больше силы трения в реальной жидкости, тем больше, при равных прочих условиях, потери напора hj-. Между силами трения и потерями напора hf (т. е. работой сил трения) существует, естественно, определенная зависимость. Зная распределение в потоке напряжений х, а также скоростей и (дающих нам величину перемещений частиц жидкости), мы могли бы подсчитать работу сил трения и тем самым определить потери напора. Однако такая задача является весьма трудной, в частности, в связи с тем, что поле скоростей и нам часто бывает неизвестным. Здесь приходится идти особыми приближенными путями, освещаемыми ниже. При этом, рассматривая вначале простейший случай движения жидкости — установившееся равномерное движение (местные потери отсутствуют) — мы пользуемся особым уравнением, которое дает связь только между силами трения и потерями напора. Это достаточно точное уравнение принято называть основным уравнением установившегося равномерного движения жидкости (см. 4-2). На основании этого уравнения, а также на основании законов Ньютона о силах внутреннего трения (см. 4-3), мы далее и устанавливаем необходимую нам зависимость, связывающую потери напора и скорости движения жидкости. Этот вопрос достаточно хорошо решается теоретически для простейших случаев ламинарного движения (см. 4-4 и 4-5). В случае турбулентного режима приходится прибегать к использованию некоторых экспериментальных коэффищ1ентов, вводимых в теоретический анализ. [c.130]

Сопротивление начальных участков труб (помешенных непосредственно за плавным входным коллектором), характеризующихся тем, что течение в них несгабилизировано (см. параграф 1-3), получается больше, чем на участках стабилизированного течения. Чем ближе к входному коллектору, тем больше коэффициент сопротивления трения участка нестабилизированного течения. При плавном входе толщина пограничного слоя в первоначальных сечениях значительно меньше, чем в последующих, а следовательно, напряжения сил трения у стенок в этих сечениях больше. Это относится как к неста-билизированному ламинарному, так и неста-билизированному турбулентному течению, если поток полностью турбулизирован уже на входе в трубу. [c.68]

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]

Наиболее характерной закономерностью развитого турбулентного течения является квадратичный закон сопротивления. При этом величина силы трения зависит только от одного физического свойства среды—плотности. Влияние молекулярного трения проявляется только в области заторможенного течения, т. е. в непосредственной окрестности обтекаемого твердого тела. Вторым фундаментальным экснериментальным фактом является то обстоятельство, что осредненные во времени касательные напряжения в турбулентном потоке однозначно связаны с осредненной скоростью течения. При этом в области существенных градиентов скорости они решающим образом определяются производной dwjdy. Этот результат вытекает из факта существования логарифмического участка профиля скоростей в окрестностях тела, обтекаемого потоком несжимаемой жидкости. [c.13]

Наличие в турбулентном потоке дополнительных напряжений выдвигает и новое условие подобия. Д.ля того чтобы вывести это условие, представим себе элемент жидкости в форме наралле-лепипеда, ориентированный так же, как на фиг. 181 и 182, с ребрами, соответственно равными Дж, Дг/, Дг. К нижней его грани приложена направленная вдоль оси х сила трения, происходящая от турбулентности потока, равная — К верхней грани [c.477]

В схематизированном турбулентном потоке, кроме указанных сил турбулентного обмена вследствие пульсаций, еще проявляются (главным образом вблизи стенки) силы внутреннего трения, или вязкости, определяемые по формуле (6). Полное касательное напряжение от турбулентных пульсаций Ттурб и сил вязкости Твязн [c.152]

Общие соотношения, связывающие распределение скорости с трением потока в гладких и шероховатых трубах, известны. По всему сечению трубы, за исключением ламинарного слоя, свойства турбулентного потока не зависят от параметров стенки. Касательное напряжение на стенке xw можно получить из эмпирической зависимости силы трения от числа Рейнольдса и шероховатости трубы. Сила трения связана с коэффициентом трения Фаннинга ] соотношением [c.18]

Ограничимся условием, что интенсивность вдува j от стенки мала по сравнению со средней по сечению трубы массовой скоростью потока pUo. Благодаря этому можно считать, что гидравлическое влияние такого малого вдува проявляется лишь вблизи стенки и что вдув практически не влияет на распределение напряжения трения в ядре турбулентного потока. Толпсину зоны влияния вдува обозначим через U (фиг.1). На этой границе, таким образом, удельная сила трения Т та же, что и без вдува. Поскольку величина у, много меньие радиуса трубы можно считать также, что приближенно [c.76]

Одна из идеализированных моделей турбулентного перемешивания жидкости предложена Прандтлем. Для иллюстрации этой модели рассмотрим два соседних слоя турбулентного потока. Движение верхнего слоя I в данный момент времени характеризуется некоторой скоростью V, а слой II помимо скорости V имеет пульсаци-онные составляющие у и ы . Ввиду наличия скорости и из слоя II в слой I за время I перейдет масса жидкости т =ри 81 (где 8 — площадь разделяющей слои поверхности). При этом масса жидкости, перешедшая из слоя II в слой I обладает избытком количества движения, пропорциональным у. В результате на поверхности раздела слоев создается импульс сил Tt =/ЭиУ 8(, определяющий замедляющую слой II силу трения Т = -рмУХили касательное напряжение при турбулентном перемешивании [c.95]

Для вычисления входящих в уравнение движения турбулентного трения рт = -р и у и поперечного турбулентного потока тепла рду = рСр и Т) используется трехпараметрическая модель турбулентности [4]. В модели уравнения переноса записаны для энергии турбулентности Е = напряжения сдвига х = и и ) и величины ш = / 2, содержащей поперечный интегральный масштаб турбулентности Эта модель дополнена уравнением для величины с/,, = с),(и Т) [5], а для продольного турбулентного потока тепла р<7, = рср и Т ) использовано алгебраическое соотношение, связываюп ее его с величиной рду, параметрами турбулентности Е,х, Е и. учитывающее влияние силы тяжести. [c.50]

Современное состояние вопроса общего математического описания дисперсных систем нельзя признать до-статочло удовлетворительным, несмотря на растущий интерес к этой проблеме. Каж травило, в работах, шо-священных этому вопросу, фактически используется феноменологический подход к исследованию дисперсного потока в целом. Идея условного континуума п03(В0Ляет полностью использовать математический аппарат механики сплошных сред, но несет с собой погрешности физического порядка тем более существенные, чем значительней макроднскретность системы. Системы таких уравнений, полученные рядом авторов как общие, все же не охватывают класс дисперсных потоков во всем диапазоне концентраций (вплоть до плотного движущегося слоя). Они не учитывают качественного изменения структуры потока и в связи с этим изменения закономерностей распределения частиц, появления новых сил (например, сухого трения), изменения с ростом концентрации (до предельно большой величины) условий однозначности и пр. В основном большинство работ посвящено турбулентному течению без ограничений по концентрациям, хотя при определенных значениях р наступает переход к флюидному транспорту, а затем — плотному слою. Сама теория турбулентности применительно к дисперсным потокам находится по существу в стадии становления (гл. 3). Наиболее перспективные методы — статистические (вероятностные) применяются мало, по-видимому, в силу недостаточной изученности временной и пространственной структур дисперсных систем Общим недостатком предложенных систем уравнений является их незамкнутость, которая объясняется отсутствием конкретных данных о тензорах напряжений и [c.32]

На распределение скорости во внешяей турбулентной части пограничного слоя градиент давления, как и касательное напряжение, оказывает значительное влияиие. Время реакции внешней части пограничного слоя на местный градиент давления продолжительно и соответствует перемещению потока на протяжении десятков и даже сотен толщин нограничного слоя. Поэтому форма распределения скорости в любом сечении слоя зависит как от местных условий (состояния обтекаемой поверхности), так и от предыдущей обстановки развития движения. Существенное влияние на распределение скорости о,казы-вает пространственная обстановка движения. Однако не существует определенного соотношения между формой профиля скорости и местным градиентом давления, за исключением равновесных пограничных слоев, т. е. слоев, в которых распределение скорости в любом сечении является результатом равновесия между силами инерции, давления и трения. [c.333]

Для течения в цилиндрической трубе при устойчивом ламинарном режиме Кёкр л 2320 Бариесу и Кокеру удалось задержать появление турбулентности до значения числа Не примерно 20000, а Экману — до 50000. В последнем случае наблюдавшийся ламинарный режим является неустойчивым. Характерной особенностью ламинарного режима течения является его упорядоченность. Такое течение возможно в тех случаях, когда касательные напряжения, связанные с молекулярньш обменом количества движения между слоями жидкости, оказывают доминирующее влияние на ее движение. Для турбулентного режима течения характерна неупорядоченность движения жидкости, наличие в потоке пульсаций скорости, давления и т. п. При таком режиме движения силы вязкого трения уже не являются преобладающими, основное воздействие на поток оказывают силы инерции. [c.23]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...