Механизмы неустойчивостей

Вторая область (10 < Ке, < 30) является областью наибольшей турбулентности. Возникновение взрывов авторы объясняют действием механизма неустойчивости с последующим вихреобразованием. По мере удаления от стенки было обнаружено уменьшение интенсивности и уве.личение вихрей. Замеры термоанемометрами показали, что в первой области импульсы, вызываемые флюктуациями, положительны, а во второй области - отрицательны. [c.25]

Наряду с только что отмеченным в плазме существует много других легко возбуждаемых механизмов неустойчивости. Поэтому проблема устойчивости является главным препятствием на пути создания управляемой термоядерной установки. Для решения этой [c.592]

В механизме неустойчивости, рассмотренном Гельмгольцем и Рэлеем, критерий (4-3- ) оказывается слабой функцией относительной плотности фаз [c.102]

Механизмы неустойчивостей плазмы тлеющего разряда повыщенного давления. — В сб. Химия плазмы. М. Атомиздат, [c.188]

Благодаря механизму неустойчивости Кельвина-Гельмгольца двумерные волны экспоненциально нарастают вниз по течению и происходит их свертывание в вихри. Согласно данным эксперимента процесс свертывания заканчивается в той точке вниз по потоку, где амплитуда основной компоненты с частотой / достигает максимума. При этом происходит возбуждение субгармоники //2, амплитуда которой на три порядка меньше основной. Рост субгармоники ниже по течению на нелинейной стадии развития неустойчивости приводит к спариванию соседних вихрей, причем [c.24]

Редкий случай, при котором частота второстепенной координаты удовлетворяет условию Юг, ь 2 о, i, i, соответствует субгармоническому возбуждению и здесь не рассматривается. При возникновении такого явления проявляется другой механизм неустойчивости, подобный тому, который изучался в работах [5—7]. [c.70]

Более сложно обстоит дело в случае течения Пуазейля. Существенное отличие от течения Куэтта состоит в следующем. Изотермическое течение Куэтта, как известно, устойчиво относительно малых возмущений при любых скоростях потока. Неустойчивость может наступить лишь при подогреве снизу и имеет конвективную природу. В случае же течения Пуазейля кроме конвективной неустойчивости, обусловленной подогревом снизу, при достаточно большой скорости потока наступает неустойчивость гидродинамической природы. При произвольных значениях чисел Рэлея и Рейнольдса (т. е. при произвольных значениях вертикального градиента температуры и скорости продольного течения) имеет место взаимодействие обоих механизмов неустойчивости — конвективного и гидродинамического. [c.271]

Кривые семейства ведут себя подобным образом с ростом скорости стационарного потока (при фиксированном значении а) критическое число Рэлея вначале повышается (стабилизирующее влияние движения жидкости на тепловую неустойчивость), а затем резко падает до нуля, когда на смену тепловому механизму неустойчивости приходит гидродинамический. [c.272]

В 1958 г. Пирсон Р] исследовал интересный механизм неустойчивости подогреваемой снизу жидкости со свободной поверхностью. Этот механизм качественно отличается от обычного механизма конвективной неустойчивости, обусловленного подъемной силой, и связан с температурной зависимостью поверхностного натяжения ). [c.285]

Сущность термокапиллярного механизма неустойчивости может быть понята из следующих рассуждений. Пусть подогреваемая снизу жидкость имеет свободную верхнюю поверхность, причем коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры (почти у всех жидкостей этот коэффициент с ростом температуры уменьшается). Если по какой-либо причине вдоль свободной границы меняется температура, а вместе с ней и поверхностное натяжение, то в этом случае, как известно Р возникает тангенциальная сила, направленная вдоль градиента поверхностного натяжения, т. е. в сторону убывания температуры. [c.285]

Таким образом, природа неустойчивости подогреваемого слоя жидкости со свободной границей зависит от толщины слоя. В тонком слое (А <С Ас) кризис вызывается термокапиллярным механизмом. В толстом слое (А Ас) определяющую роль в возникновении. конвекции играет подъемная сила. В промежуточной области конкурируют оба механизма неустойчивости ). [c.291]

После того, как был указан термокапиллярный механизм неустойчивости, стало ясно, что во многих случаях, когда наблюдались ячеистые движения в тонких слоях жидкости со свободной границей, этот механизм играл существенную роль или даже был основным фактором возникновения конвекции. Переоценка проведенных ранее экспериментов коснулась даже известных опытов Бенара, которые в свое время послужили начальным толчком для создания теории конвективной устойчивости. В опытах Бенара наблюдалась ячеистая структура течения в подогреваемых снизу тонких слоях (А 1 мм) расплавленного спермацета. Численные оценки (см. Р 2 з ]) показывают, что в части этих опытов наблюдалось развитое движение при настолько малых разностях температур, что подъемная сила в этих условиях не смогла бы привести к неустойчивости. Это обстоятельство определенно свидетельствует о термокапиллярной природе этих движений. [c.291]

Как известно, с увеличением концентрации адсорбированного вещества коэффициент поверхностного натяжения уменьшается (см. Р ]). Нетрудно представить себе поэтому влияние поверх-ностно-активных добавок на термокапиллярный механизм неустойчивости. В самом деле, если под влиянием возмущения элемент жидкости всплывает на поверхность, то в данном месте поверхности образуется участок с относительно меньшей концентрацией поверхностно-активной примеси, и, следовательно, с большим поверхностным натяжением. Поэтому возникают тангенциальные силы, направленные радиально к этому участку поверхности. Эти силы, таким образом, направлены противоположно термокапиллярным силам, обусловленным неоднородностью температуры поверхности. Следовательно, наличие адсорбированной пленки должно оказывать стабилизирующее действие на возникновение термокапиллярной конвекции. [c.292]

В области углов а > —50° картина иная. Конвективный механизм неустойчивости в этой области не является основным, а при а > 0° и вовсе отсутствует, так как при таких ориентациях слоя нагретая плоскость расположена сверху, что соответствует устойчивой стратификации. Кризис стационарного течения в этих условиях имеет гидродинамическую природу и возникает в результате взаимодействия встречных конвективных потоков. Определяющим параметром теперь является число [c.330]

Перейдем теперь к изложению результатов, относящихся к случаю подогрева снизу (А > О, R > 0). Продольный градиент температуры в этом случае создает неустойчивую стратификацию, что, в общем, способствует дестабилизации течения. Кроме того, как и в обсужденном в 46 случае наклонного слоя, теперь действуют два механизма неустойчивости — гидродинамический и конвективный. [c.341]

Приступая к исследованию устойчивости конвективных течений, начнем с рассмотрения плоскопараллельного течения в плоском бесконечном вертикальном слое, границы которого поддерживаются при постоянных разных температурах. Задача устойчивости этого течения играет в определенном смысле базовую роль. На ее примере анализируются особенности спектра нормальных возмущений, обсуждаются основные механизмы неустойчивости, находятся критические параметры и форма возмущений. Кратко излагаются основные методы решения линейной задачи устойчивости, получившие широкое распространение. Представлены также результаты численного моделирования конечно-амплитудных режимов, развивающихся после потери устойчивости основного течения. [c.7]

Тепловые волны в наклонном слое. При вертикальной ориентации слоя (а = 0°), когда Рг > 12,45, становится существенным механизм неустойчивости, связанный с нарастанием тепловых волн. Ниже приводятся некоторые результаты расчетов, относящиеся к волновому механизму неустойчивости в наклонном слое [6], [c.51]

ЩИХ с ней твердых массивов соизмеримы, то задача устойчивости требует сопряженной постановки, при которой учитывается проникновение тепловых возмущений в массив и ставятся условия непрерывности температуры и теплового потока. Заранее ясно, что гидродинамический механизм неустойчивости мало чувствителен к тепловым свойствам массивов. Что же касается волновой неустойчивости, то, поскольку она связана с нарастающими тепловыми волнами, можно ожидать значительного влияния свойств массивов на критические параметры этой моды. [c.85]

Кривые устойчивости на рис. 73 (область устойчивости прилегает к началу координат) описывают взаимодействие различных механизмов неустойчивости — гидродинамического и волнового, с одной стороны, и статического вибрационного — с другой. Наличие вибрации при всех числах Рг приводит к дестабилизации конвективного течения. Влияние же конвективного течения на статическую вибрационную неустойчивость оказывается различным в зависимости от Рг. При малых числах Прандтля (Рг < 0,27) конвективное течение дестабилизирует механическое квазиравновесие . [c.113]

Таким образом, КВС как области с повышенным энергосодержанием, переходят на периферию, тем самым увеличивая ее энергию. Такой механизм неустойчивости действует только в одном направлении и хорюшо согласуется с возникновением реверса при образовании зоны рециркуляции в области диафрагмы вихревой трубы. В этом случае КВС возникают на фанице рециркулирующего потока. Направление силы Г можно определить по знаку скалярного произведения вектора угловой скорости вращения приосевого вихря Л и вектора угловой скорости вихревого жгута <0, после его разворота. В описанном выше безре-циркуляционном режиме это произведение положительно, что соответствует силе, направленной к периферии. Возникновение зоны рециркуляции приводит к изменению направления начальной завихренности КВС и осевой составляющей скорости, что соответствует зеркальному отражению относительно плоскости, перпендикулярной оси вихревой трубы. Но при зеркальном отражении скалярное произведение не изменяется и, соответственно, не изменяется направление действия силы F. В результате вихревой перенос энергии будет идти из зоны рециркуляции в область потока, выносимого через отверстие диафрагмы, что и приводит в конечном счете к его нагреванию. [c.130]

Кныш Ю.Л, Лукачев С.В. О механизме неустойчивости течения закрученных [c.404]

Физическая постановка задачи о диффузионно-тепловой неустойчивости (в дальнейшем ДТН) ламинарных пламен впервые была дана в работе Льюиса и Эльбе [53], где на основе представлений об избытке энтальпии за фронтом пламени предсказывалась неустойчивость фронта при числе Льюиса— Семенова Le = Dp p/A-< 1 (в дальнейшем ДТН-1), в то время как при Le 1 считалось, что фронт пламени устойчив. Противоположная гипотеза была высказана в [541 диффузионно-тепловая неустойчивость пламен возможна только при Le > I (в дальнейшем ДТН-2). Механизм неустойчивости, предложенный Зельдовичем, принципиально отличается от механизма Льюиса и Эльбе и состоит в том, что при Le> 1 участки фронта ламинарного пламени, выпуклые в сторону несгоревшей горючей смеси, ускоряются вследствие превышения притока энергии (в результате диффузии горючего) над стоком теплоты в результате процесса молекулярной теплопроводности. Вогнутые же участки по аналогичной причине имеют отток энергии, что в конечном счете замедляет их распространение. В результате фронт пламени становится неустойчивым. [c.331]

Интенсивность коллективных механизмов излучения резко возрастает в неустойчивой плазме. Обычно в таких случаях наблюдается индуцированное излучение того или иного происхождения. Интепсив-ность И. п. коллективного происхождения определяется конкретным механизмом неустойчивости. [c.108]

Неустойчивости плазмы. Начиная с нек-рого критич. значения электрич. тока, протекающего через П. т. т., её стационарное состояние перестаёт быть устойчивым. Это означает, что нек-рые электрич. флуктуации не затухают во времени, а неограниченно растут. Результатом является либо разрушение образца, либо возникновение новой устойчивой временной и пространственной электронной структуры. Механизмы неустойчивости могут быть различными. Наиб, ярко они проявляются в плазме полупроводников, где наряду с заметными пространственно-временными изменениями дрейфовой скорости носителей заряда возможны и вариации их концентраций. В металлах таких условий нет. [c.603]

Аналогичные виды неустойчивости наблюдаются и в начальном участке плоской турбулентной струи. В слое смешения вблизи сопла картина течения и механизм неустойчивости в плоских и круглых струях весьма близки. При x/h = 1-5 неустойчивость течения в начальном участке плоской струи связана с коллективным взаимодействием крупномасштабных вихрей. Наконец, нарушение двумерности этих прямолинейных вихрей вдоль размаха играет ту же роль, что и нарушение азимутальной однородности кольцевых вихрей в круглой струе [1.36,1.37]. [c.25]

Экспериментальные исследования показывают, что вблизи 0гра [ичивающих поток стенок всегда имеется зона вязкого подслоя с преобладающим влиянием сил вязкого трения и сугубо нестационарным режимом течения. Вязкий подслой состоит из периодически нарастающих и разрушающихся участков потока с ламинарным режимом течения, причйм тол]дина этих слоев регулируется некоторым механизмом неустойчивости. Описанная картина пристенной турбулентности позволила предложить так называемую двухслойную модель турбулентного стабилизированного (или равномерного движения) жидкости в трубах (рис. 26). [c.86]

Если внутренний лучистый теплообмен является фактором, влияющим на устойчивость, то излучение, падающее извне, может само по себе привести к конвективной неустойчивости. Поглощение плоской световой волны приводит к внутреннему разогреву и может создать неустойчивую стратификацию. При этом возникающие возмущения оказывают обратное влияние на распространение света. Этот интересный фотоабсорбционный механизм неустойчивости был рассмотрен Б. М. Берковским и Е. Ф. Ноготовым р]. [c.285]

НО С Граничными условиями (41.2), (41.3), (41.10), учитывающими существование на свободной поверхности термокапиллярных сил. Хотя задача допускает точное решение, полу-чающееся характеристическое соотношение для определения границы устойчивости оказывается очень сложным. Поэтому в работе Р] было получено приближенное решение задачи по методу Фурье. В результате расчетов была численно найдена связь между тремя параметрами — числами Рэлея К, Марангони В и волновым числом к на границе устойчивости ). Минимизация нейтральных кривых позволяет получить связь минимальных критических значений Нгп и Вт, т. е. определить границу устойчивости равновесия при одновременном действии обоих механизмов неустойчивости. [c.289]

Во всех цитированных работах свободная поверхность жидкости считалась плоской. Это ограничение было снято в работах Р ]. В первой из этих работ учитывались капиллярные волны на границе раздела двух жидкостей, а во второй — также и гравитационные в обеих работах принимался во внимание лишь термокапиллярный механизм неустойчивости. Рассмотрение показывает, что, как и в случае термогравитационной конвекции ( 9), учет деформируемости свободной поверхности приводит, в общем, к понижению устойчивости, причем эффект оказывается существенным в случае очень тонких слоев высоковязких жидкостей. [c.292]

Стабилизирующее действие оказывает и вращение вокруг оси, перпендикулярной к плоскости слоя. Как показано в ра- критическое число Марангони увеличивается с ростом ейлора, а критическая длина волны уменьшается. При быстрых вращениях (Т 1) в случае теплоизолированной свободной поверхности Вт 4,42Т /% fem 0,5Т /. Зависимость km Т хорошо подтверждается результатами экспериментов При малых числах Прандтля в области Т 1 возможна неустойчивость колебательного типа [ ] Влияние вращения в условиях, когда существенны оба механизма неустойчивости — термогравитационный и термокапиллярный, — рассмотрено в работе [ ]. [c.293]

В 44 исследуются свойства спектра возмущений и находится граница устойчивости нечетного течения в чисто гидродинамическом приближении, когда полностью пренебрегается тепловыми факторами. Как показывает сравнение с результатами 45, где задача решается в полной постановке, такой подход оказывается достаточным для оценки критического числа Грасхофа в случае вертикальной ориентации слоя жидкости при малых и умеренных значениях числа Прандтля. Учет тепловых факторов, однако, совершенно необходим при больших числах Прандтля, а также в случае наклонного слоя ( 46) и слоя с продольным градиентом температуры ( 48). При больших числах Прандтля появляется новый вид неустойчивости, обусловленный нарастанием тепловых волн. В случае же наклонного слоя и слоя с продольным градиентом наряду с гидродинамическим механизмом неустойчивости действует конвективный механизм, связанный с неустойчивой стратификацией. Каждый пз механизмов является преобладающим в своей области параметров. Смена механизмов неустойчивости при изменении угла наклона слоя сопровождается изменением формы наиболее опасных возмущений ( 47). [c.300]

Итак, при изменении угла наклона а от —90° до 90° в об ласти а —60° происходит смена механизма неустойчивости стационарного движения. Интересно отметить, что этот переход происходит без скачка критическое число Грасхофа непрерывно меняется вдоль одной ветви неустойчивости. [c.331]

Экспериментальное исследование устойчивости конвективного пограничного слоя возле наклонной нагретой пластины проводилось в работах р. 56] в работах обнаружено, что при наклоне пластины к вертикали на некоторый угол (порядка 15° в воде) происходит смена формы неустойчивости — от горизонтальных валов (плоские волны Толмина — Шлихтинга) к продольным валам (пространственные возмущения). Смена формы неустойчивости, по-видимому, связана с появлением поперечной неустойчивой стратификации и связанного с ней конвективного механизма неустойчивости (см. 47). [c.364]

Среди новых исследований термокапиллярной неустойчивости отметим Палмер и Берг Р] экспериментально изучали порог конвекции в горизонтальных слоях силиконовых масел со свободной поверхностью. Толщина слоя менялась в пределах от 0,24 до 10,3 мм, и при этом были существенны оба механизма неустойчивости —термогравитационный и термокапиллярный. Экспериментально найденная зависимость критического числа Рэлея от параметра Марангони хорошо согласуется с теоретическим результатом Нилда рх. 32]. р с. ИЗ. [c.388]

Монография посвящена устойчивости стационарных конвективных течений. Основное внимание уделяется плоскопараллельным течениям, на примере которых исследуются механизмы неустойчивости, свойства спектра возмущений, анализируется воздействие осложняющих факторов - стратификации, температурной зависимости вязкости, тепловых свойств границ и пр. Изучается устойчивость конвективных течений бинарной смеси, проводящей, диэлектрической и неньютоновской жидкостей, среды с примесью и т.д. Обсуждаются течения, вызванные внутренним тепловыделением различной природы, адвективные, виброконвективные и комбинированные течения. Рассматривается устойчивость конвективных пограничных слоев, замкнутых течений, а также вторичных режимов. [c.2]

Обладая более богатым по сравнешю с изотермическими течениями спектром характеристических возмущений, конвективные течения обнаруживают разнообразие механизмов неустойчивости. Наличие различных по своей физической природе механизмов развития возмущений делает конвективные течения чувствительными к воздействию всякого рода внешних и внутренних факторов. Изучение механизмов и характеристик неустойчивости в разных ситуащшх интересно не только с точки зрения фундаментальных представлений современной гидродинамики, но и в связи с практически важной задачей управления устойчивостью. [c.5]

В этом и следующем параграфах обсуждается влияние ria устойчивость конвективного течения вертикальной стратификации, создаваемой наклоном слоя. В наклонном слое, границы когорого поддерживаются при разных температурах, градиент температуры имеет вертикальную составляющую. Если нагретая плоскость расположена сверху, то возникает потенциально устойчивая стратификация, оказывающая, в общем, стабилизирующее действие. Если же более высокую температуру имеет нижняя плоскость, то создается потенциально неустойчивая стратификация. Поэтому, кроме двух механизмов неустойчивости, рассмотренных в 4, при достаточно большом градиенте температуры появляется еще один - конвективный (рэлеевский) механизм, обусловленный подогревом снизу. При этом имеет место существенное взаимовлияние механизмов неустойчивости наличие температурной стратификации меняет условия развития гидродинамических возмущений и тепловых волн в то же время на фоне движущейся жидкости конвективная неустойчивость развивается не так, как в равновесии. [c.47]

Итак, при увеличении угла наклона к горизонтали происходиг смена механизма неустойчивости течения — от конвективного (стратификационного) к гидродинамическому. Этот переход происходит непрерывно вдоль единой кривой Gr (a). Важно подчеркнуть, что при малых числах Прандтля переход к гидродинамической моде неустойчивости наступает уже при малых отклонениях слоя от горизонтальной ориентации. Предельная кривая Рг = О семейства, изображенного на рис. 22, соответствует полному отсутствию стратификационного фактора. Эта кривая, естественно, симметрична относительно оси Gr и получается из решения уравнения Орра — Зоммерфельда с профилем скорости (6.1). Повышение устойчивости при увеличении а на кривой Рг = О целиком обусловлено уменьшением скорости основного течения по мере увеличения наклона слоя к вертикали. [c.50]

Неустойчивая стратификация, в общем, способствует дестабилизации течения. Как и в обсужденном в 6 случае наклонного слоя, действуют два механизма неустойчивости — гидродинамический и конвективный (стратификационный). [c.67]

Описанные результаты дают картину устойчивости относительно плоских возмущений. Потенциально неустойчивая стратификация делает необходимым исследование пространственных возмущений. Зависимость формы профиля основного течения от Ка и наличие в уравнении переноса тепла дополнительного члена, учитывающего продольный градиент, делают невозможным сведение пространственной задачи к плоской. Между тем есть основания думать, что, как и в случае наклонного слоя, при определенных условиях (преобладающая роль стратификационного механизма неустойчивости) пространственные возмущения могут стать наиболее опасными. Действительно, как показано в [23], важную роль играют пространственные возмущения некоторого специального вида ( перевальные возмущения см. [7], 12). Эти возмущения имеют структуру их = Оу = О, ( 2, Т, р) ехр(-Л + 1куу). Как можно видеть из уравнений (8.8), такие возмущения не взаимодействуют с основным потоком. Амплитудная задача не содержит скорости и температуры основного течения. Рещение, соответствующее нейтральному монотонному возмущению (нижний четный уровень), таково [c.69]

Упомянем здесь также работу Яназе [57], в которой pa мaтpивajтa ь устойчивость конвективного течения в вертикальном цилиндрическом слое при наличии, кроме радиального, еще и осевого градиента температуры, направленного вниз. Расчеты проведены для Рг = 7,5, Взаимодействие различных механизмов неустойчивости приводит к результатам, которые аналогичны описанным в 8 для плоского слоя, [c.84]

В этой главе продолжено исследование влияния осложняющих факторов на устойчивость конвективного течершя в вертикальном слое. Рассматривается воздействие внешних вынуждающих течений разного типа — продольного течения, обусловленного градиентом давления или движением границ, поперечного течения за счет вдувания и отсасывания через проницаемые границы, а также высокочастотной вибрации слоя с жидкостью. Кроме существенного влияния на границы устойчивости и характеристики критических возмущений, некоторые из названных факторов (продольная прокачка, движение границ, вибрация) приводят к появлению новых механизмов неустойчивости. [c.90]

В целом гидродинамический кризис рассматриваемого течения обусловлен взаимодействием двух разных механизмов. На кривой 1 (по крайней мере на ее начальном участке) неустойчивость имеет невязкую природу и связана с наличием точки перегиба на профиле скорости основного течения. Ветвь 2 может быть отождествлена с вязким механизмом неустойчивости типа волн Толмина - Шлихтинга. [c.92]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...