Возникновение завихренности

Возникновение завихрений играет существенную роль не только при обтекании тел, но и при течении жидкости по трубам. При малых скоростях жидкость течет по трубе спокойно. Подкрашенная струя жидкости представляет собой линию, параллельную ОСИ трубы (рис. 333, а). Жидкость течет как бы отдельными слоями, скользящими друг относительно друга. В трубе круглого сечения скользящие слои нужно представлять себе как вложенные друг в друга трубки. Скорости течения жидкости в этих [c.553]

Возникновение завихренности в идеальной (невязкой) жидкости связывается, по Прандтлю, с образованием и распадом так называемых поверхностей раздела. Такого рода поверхности могут возникнуть, например, при слиянии двух потоков позади ребра острого двугранного угла (рис. 39), если скорости потоков до их слияния отличаются по величине или направлению. В непосредственной близости позади ребра на поверхности раздела имеет место скачок скорости. В резуль- [c.72]

Для объяснения результатов работ по теплообмену в шариковом слое используются следующие гипотезы. Первая рассматривает теплообмен как внутреннюю задачу. Шарики в слое создают кривые каналы, в которых происходят зигзагообразные движения газа, что обусловливает возникновение завихрений. Вследствие этого уменьшается толщина пограничного слоя у стенки шариков, что и интенсифицирует теплообмен. Вторая — рассматривает теплообмен между газом и твердыми частицами слоя как внешнюю за- [c.47]

Возникновение завихренного течения легко наблюдать, если в стеклянную трубочку, по которой протекает вода из сосуда, пустить подкрашенную струйку (рис. 307, а). При небольшой скорости потока течение будет слоистым и подкрашенная струйка в виде почти прямой линии будет идти параллельно оси трубки (рис. 307, б). Затем, при постепенном увеличении скорости потока, внезапно начинается завихренное движение и струйка размывается в широкую ленту с неровными краями, как показано на рнс. 307, в. [c.380]

Завихренность. Характерной чертой движений вязкой жидкости является наличие завихренности. В этом пункте будут выяснены причины возникновения завихренности и рассмотрены уравнения, описывающие ее распределение. [c.224]

Турбулентность принадлежит к числу очень распространенных и, вместе с тем, наиболее сложных явлений природы, связанных с возникновением и развитием организованных структур (вихрей различного масштаба) при определенных режимах движения жидкости в существенно нелинейной гидродинамической системе. Прямое численное моделирование турбулентных течений сопряжено с большими математическими трудностями, а построение общей теории турбулентности, из-за сложности механизмов взаимодействующих когерентных структур, вряд ли возможно. При потере устойчивости ламинарного течения, определяемой критическим значением числа Рейнольдса, в такой системе возникает трехмерное нестационарное движение, в котором, вследствие растяжения вихрей, создается непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых границами течения. На условия возникновения завихренности и структуру развитой турбулентности оказывают влияние как физические свойства среды, такие как молекулярная вязкость, с которой связана диссипация энергии в турбулентном потоке, так и условия на границе, где наблюдаются тонкие пограничные вихревые слои, неустойчивость которых проявляется в порождении ими вихревых трубок. Турбулизация приводит к быстрому перемешиванию частиц среды и повышению эффективности переноса импульса, тепла и массы, а в многокомпонентных средах - также способствует ускорению протекания химических реакций. По мере накопления знаний о разнообразных природных объектах, в которых турбулентность играет значительную, а во многих случаях определяющую роль, моделирование этого явления и связанных с ним эффектов приобретает все более важное значение. [c.5]

Форма сварного соединения также влияет на качество защиты. Надежная защита обеспечивается соединениями, показанными на рис. 105, а, б. При других типах соединений (рис. 105, в, г) границы потоков аргона не создают надлежащей защиты из-за возникновения завихрений, поэтому приходится прибегать к экранированию (рис. 105, д, е) или увеличению расхода газа. Завихрение газа вызывается также концом присадочной прово локи поэтому для ручной сварки не рекомендуется применять проволоку диаметром более 3—4 мм. [c.172]

При высоких скоростях течения камедных трубах обнаруживают эрозионную коррозию, приводящую к неравномерному разрушению с образованием углублений. Она наблюдается обычно в местах изменения поперечного сечения труб, на поворотах, приводящих к возникновению. завихрений. Точную границу скорости, выше которой наблюдается эрозионная коррозия, указать затруднительно, так как на нее оказывает влияние ряд факторов. Согласно ДИН 50930 (часть 5), скорость течения в медных трубах с учетом различных геометрических факторов не должна превышать 1,8 м/с. Однако следует избегать и застоя воды, и течения с небольшой скоростью. [c.41]

I. Механизмы возникновения завихренности в идеальной жидкости [c.222]

Первый случай возникновения завихренности рассмотрен в (248), где уравнения Гельмгольца обобщены на случай, зависящий только от координат плотности. В современных обозначениях эти уравнения в векторной форме с неизбежным учетом силы веса имеют вид [c.223]

Возникновение завихренности при обтекании твердых тел [c.226]

Возникновение циркуляции вокруг крыла тесно связано с возникновением вихрей позади крыла. Вначале, пока крыло находится в покое, циркуляция отсутствует и общий момент импульса системы крыло — окружающая среда равен нулю. Поэтому и в дальнейшем общий момент импульса этой замкнутой системы должен оставаться равным нулю. В начальный момент, пока циркуляция еще не возникла, картина обтекания должна быть близка к той, которая изображена на рис. 352. Частицы воздуха, обтекающие крыло снизу, поднимаются мимо задней его кромки вверх. При этом под действием сил вязкости движение частиц воздуха становится завихренным, Так как частицы воздуха испытывают торможение со стороны кромки крыла, то они приобретают вращение против часовой стрелки. У кромки постепенно образуется вихрь с вращением против часовой стрелки (рис. 355). Затем этот вихрь отрывается от крыла и уносится потоком. Вихри, обладающие моментом импульса, соответствующим вращению против часовой стрелки, возникают один за другим, и таким образом у задней кромки крыла все время возникают моменты импульса. В результате в силу закона сохранения моментов импульса вокруг крыла должна возникнуть циркуляция, направленная в сторону, противоположную вращению вихря (по часовой стрелке). [c.565]

Следует, однако, иметь в виду, что течений жидкости, строго отвечающих условиям потенциальности, в природе и технике не встречается. Представление о безвихревом характере движения является идеализацией, которая лишь с большей или меньшей степенью достоверности воспроизводит отдельные классы реальных течений. И тем не менее эта идеализация имеет важнейшее не только теоретическое, но и прикладное значение. Оно обусловлено тем, что вязкость жидкости, являющаяся первопричиной (для несжимаемой жидкости единственной) возникновения вихрей, проявляется, как правило, в ограниченных областях вблизи твердых поверхностей или в относительно узкой полосе за обтекаемым телом. В остальной части потока его завихренность может оказаться настолько малой, что поток можно считать потенциальным. Разумеется, встречается немало случаев, когда поток является сплошь завихренным и ни в какой его части влияние вязкости нельзя считать малосущественным. Такой поток может быть рассчитан только методами теории вязкой жидкости. Однако в тех случаях, когда допущение о потенциальности обосновано, его использование может значительно облегчить решение основной задачи гидродинамики. К числу таких случаев относится, например практически важная задача об обтекании твердых тел безграничным потоком (так называемая внешняя задача гидроаэродинамики). [c.225]

Внезапное изменение гидравлического режима движения жидкости, сопровождаемое изменением скорости по величине и направлению, влечет за собой перераспределение скоростей по живому сечению, возникновению водоворотов, усиление беспорядочного движения, образование противотоков и завихрений. К этим явлениям приводят [c.49]

Для развития завихренности и последующего возникновения пограничного слоя необходимо некоторое время. [c.431]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые Непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости эти вихри постепенно затухают и исчезают. Благодаря непрерывному образованию вихрей и их диффузии происходит сильное перемешивание жидкости, называемое турбулентным смешением. Чем больше вихрей, тем интенсивнее перемешивание жидкости и тем больше турбулентность потока. Различают естественную и. искусственную турбулентность. Первая устанавливается естественно. Для случая стабилизированного движения внутри гладкой трубы турбулентность вполне определяется значением критерия Re. Вто- [c.33]

При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые непрерывно возникают и исчезают. В точности механизм вихреобразования еще не установлен. Одной из причин их возникновения является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием завихрений, которые затем диффундируют в ядро и, развиваясь, заполняют весь поток. Одновременно с этим вследствие вязкости жидкости [c.36]

В целом рассмотрение вихревой схемы движения идеальной жидкости приводит к правильной качественной картине вторичных течений. В частности, эта схема правильно объясняет характер изменения угла выхода потока вдоль лопаток и влияние начальной завихренности потока на вторичные течения. Кроме того, она может показать увеличение завихренности вблизи спинки лопатки, перемещение частиц жидкости из пограничного слоя на спинку лопатки и особенности относительного движения через вращающуюся решетку. Однако в этой схеме возникновение вторичных течений связывается только с наличием начальной завихренности потока на входе, и считается, что в межлопаточно.м канале и за решеткой вихри не затухают и не образуются, в то время как в действительности это происходит. Поэтому количественные, а иногда и качественные результаты применения вихревой схемы принципиально не могут быть правильными. [c.440]

Пространственному движению в пограничном слое обязательно соответствует некоторое вторичное течение в основном потоке, которое может быть найдено, если известно движение в пограничном слое. Для этого следует применить известное свойство вихревого движения жидкости (которым в данной задаче воспользовался Н. Е. Жуковский) движение вязкой жидкости в каждый момент времени можно рассматривать как движение идеальной жидкости при наличии известной завихренности в пограничном слое у твердых границ потока. При этом в отличие от описанных ранее вихревых моделей движения используется только одно условие сохранения вихря в каждый момент времени (вторая теоре 5а Гельмгольца) возникновение же и развитие вихрей объясняется трением жидкости в пограничном слое. В силу установленного пространственного характера пограничного слоя вихревые линии в нем не перпендикулярны ю скоростям внешнего потока, чему и соответствует вторичное течение, подобное указанному на рис. 148, б. [c.443]

Вершинам в этих распределениях соответствует сосредоточенность завихренности потока. Скоростная киносъемка отчетливо показывает возникновение вихревых петель типа П-образных вихрей с распространяющимися вдоль потока вихревыми жгутами . Эти свободные , совпадающие по направлению с линиями тока вихри индуцируют скорости в плоскостях, нормальных к направлению потока, что способствует переплетению этих вихревых жгутов и еще большему усложнению структуры потока. [c.536]

Из теоремы Лагранжа следует, что в идеальной жидкости, находящейся под действием объемных сил с однозначным потенциалом и движущейся баротропно, не может быть вихрей, так как нет условий для их образования. Можно сказать и наоборот, что, если вихри путем нарушения ранее перечисленных условий были созданы в идеальной жидкости, то они уже не смогут исчезнуть, и движение сохранит свою вихревую структуру. В действительности приходится постоянно наблюдать как образование, так и исчезновение вихревых движений.. Главной причиной этих явлений служит неидеальность жидкости, наличие в ней внутреннего трения. Как уже ранее упоминалось, в практически интересующих нас случаях внутреннее трение играет роль лишь в тонком пограничном слое на поверхности обтекаемого тела и в аэродинамическом следе тела, т. е. в жидкости, которая прошла сквозь область пограничного слоя и образовала течение за кормой обтекаемого тела. Здесь, в тонком пограничном слое и образуется завихренность жидкости. Иногда в следе за телом завихренность быстро угасает, и поток в достаточном удалении за телом становится вновь безвихревым. В других случаях сошедший с поверхности тела слой завихренной жидкости распадается на отдельные вихри, которые сносятся уходящим потоком и сохраняются даже на сравнительно больших расстояниях от тела. Таковы, например, отдельные вихри, наблюдаемые в виде воронок в реках за мостовыми быками , или пыльные смерчи, возникающие в ветреную погоду. Внутреннее трение не является единственной причиной возникновения вихрей. Так, в свободной атмосфере вдалеке от твердых поверхностей возникают непосредственно в воздухе грандиозные вихри — циклоны и антициклоны. Причиной этих вихреобразований служит отклонение движения воздуха [c.213]

Примеры. Интересно проследить процессы возникновения и затухания вихревых возмущений в вязкой жидкости на примере некоторых частных решений уравнений Навье — Стокса. Рассмотрим сначала движение по концентрическим окружностям с центром на оси, в котором величина скорости д является функцией расстояния от этой оси. Завихренность определяется по формуле (12.12), а именно [c.226]

Один из параметров моделирования возникновения кавитации — величина критического давления. Другой — положение точки, в которой достигается это давление. Число кавитации К было выведено из условия возникновения кавитации на участке минимального давления поверхности твердого тела, омываемого потоком. Для потенциального течения однородной жидкости минимум давления всегда расположен на поверхности тела. Для течений с завихренностью область минимального давления может находиться в жидкости на некотором расстоянии от поверхности твердого тела. Когда кавитация развивается вдоль поверхности хорошо обтекаемого тела, она почти всегда сосредоточена в области безотрывного неоднородного пограничного слоя. В большинстве случаев предполагается, что изменение давления по толщине пограничного слоя пренебрежимо мало. Однако при условиях, близких к условиям возникновения кавитации, небольшие изменения давления могут оказаться важными при определении величины минимального давления, а следовательно, и места возникновения кавитации на поверхности твердого тела или в жидкости на некотором расстоянии от поверхности. [c.268]

При возникновении в потоке после пересечения характеристик скачка уплотнения найденное течение, включающее волну сжатия Прандтля—Майера, сохранится в области (рис. 3.12.2), ограниченной вниз по потоку скачком уплотнения АВ и характеристикой второго семейства АС, идущей к стенке от точки зарождения скачка уплотнения. Линия тока АО, идущая вниз по течению от этой точки, отделяет область безвихревого движения вблизи стенки от завихренного течения за скачком. Вихри в потоке образуются вследствие [c.292]

Ударное действие движущейся воды наблюдается обычно в местах входа в конденсаторные трубки, но может происходить по всей их длине. Во избежание этих явлений следует избегать резких перемен направления потока, образования зон с пониженным давлением, способных значительно повысить скорость течения или завихрения. Труба, подающая воду в камеру конденсатора, должна расширяться, приближаясь к водяной камере, которую надо делать достаточно широкой. На фиг. 69, а показана неправильная, а на фиг. 69, 6 правильная конструкция водяной камеры конденсатора. В трубопроводах следует избегать возникновения турбулентного движения. [c.90]

Внезапное изменение гидравлического режима движения жидкости, сопровождаемое изменением скорости по величине и направлению, вызывает перераспределение скоростей по живому сечению, возникновение водоворотов, усиление беспорядочного движения, образование противотоков и завихрений. К этим явлениям приводят местные гидравлические сопротивления движению жидкости (резкие повороты, внезапные сужения и расширения, смена диаметров труб и т. п.), на преодоление которых затрачивается часть энергии потока, т. е. наблюдается местная потеря напора. Ее величина, определяемая характером и количеством местных сопротивлений, может достичь значительных размеров, которыми уже нельзя пренебрегать при гидравлическом расчете труб. В результате исследования местных потерь Борда и Беланже установили, что в турбулентном потоке местные потери напора пропорциональны квадрату скорости в сечении за местным сопротивлением, а именно [c.47]

Потери напора от Ар , до Др ,, в выражении (49) в значительной степени зависят от совершенства конструкции направляющих кожухов. Малые и пологие углы поворотов направляющих кожухов и гладкие стенки кожухов препятствуют возникновению завихрений и способствуют уменьшению потерь напора. По этим же причинам кожухи следует делать достаточного объема, что не всегда возможно по конструктивным соображениям. Поэтому существующие конструкции являются обычно в какой-то мере компромиссными реп1ениями. Особое внимание уделяется деталям неправильной формы. Они могут вызвать такое резкое увеличение значений потерь Др, что количество подаваемого вентилятором воздуха упадет ниже требуемых значений, у и двигатель будет пере- греваться. [c.548]

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]

Как отмечалось выше, изменение температуры по радиусу в приосевой области вихревых труб в некоторых случаях не является монотонным. На периферии такая особенность имеет регулярный характер и проявляется в наличии максимума температуры, несколько смещенного от стенки. Видимо, это объясняется тем, что в пристенной зоне радиальный фадиент осевой скорости имеет противоположный знак по отношению к аналогичному в зоне разделения вихрей, т. е. dVJdr< О, что при неизменном направлении вращения потенциального вихря приведет к возникновению пульсаций завихренности по направлению к зоне разделения вихрей и последующей диссипации (рис. 3.25). [c.134]

Конструкция деталей и узлов гидротурбин относится к числу основных факторов, определяющих интеноив-ность кавитационных воздействий. При правильно выбранной форме деталей, работающих при высоких скоростях потока, обеспечивается плавное обтекание поверхности, уменьшается возможность возникновения очагов кавитации, завихрений, срыва и ударного действия потока. Большое значение имеет качество изготовления узлов гидротурбины. Уменьшение отклонений от расчетных профилей, повышение точности и качества отделки рабочих поверхностей позволяют создать оптимальные гидродинамические характеристики конструкции. [c.28]

Займемся дальнейшим развитием, нестационарной теории профиля с тем, чтобы приспособить ее к анализу обтекания вращающейся лопасти. Хотя основы теории уже излагались в предыдущих разделах, приложение ее к лопасти несущего винта требует учета целого ряда дополнительных факторов. Применение схемы несущей линии разделяет задачу расчета нестационарных аэродинамических нагрузок при пространственном обтекании на две части внутреннюю, в которой исследуются аэродинамические характеристики профиля, и внешнюю, состоящую из расчета индуктивных скоростей, создаваемых в сечении лопасти вихревым следом винта. Что касается внутренней задачи, то при стационарном обтекании плоского профиля аэродинамические нагрузки могут быть получены из эксперимента и представлены в виде табулированных зависимостей их от угла атаки и числа Маха. При нестационарном досрывном обтекании применимы результаты теории тонкого профиля. Решение внешней задачи затруднено тем, что система вихрей винта имеет весьма сложную конфигурацию. За каждой из вращающихся лопастей тянутся взаимодействующие винтовые вихревые поверхности, деформирующиеся в поле создаваемых ими индуктивных скоростей с возникновением областей сильной завихренности в виде концевых вихревых жгутов. Аналитическое определение индуктивной скорости на лопасти без весьма существенных упрощений модели вихревого следа (например, представления винта активным диском) оказывается невозможным. На практике неоднородное поле индуктивных скоростей определяют численными методами, подробно обсуждаемыми в гл. 13. Ввиду сказанного ниже не предполагается отыскивать зависимость между индуктивной скоростью и нагрузкой путем введения функции уменьшения подъемной силы. Напротив, сами индуктивные скорости являются фактором, учитываемым явно в нестационарной теории профиля. Для построения схемы несущей линии желательно, чтобы вычисление индуктивных скоростей производилось лишь в одной точке по хорде. Проведенное выше исследование обтекания профиля на основе схемы несущей линии указывает способ, который позволяет аппроксимировать нестационарные нагрузки с достаточно полным отображением влияния пелены вихрей. Применительно к лопасти достаточно рассмотреть лишь часть пелены, расположенную вблизи ее задней кромки. При построении нестационарной теории обтекания вращающейся лопасти надлежит учесть влияние обратного обтекания и радиального течения. Теоретические нагрузки должны быть скорректированы таким образом, чтобы они отражали влияние [c.480]

Уравнение (13.22) представляет собой не что иное, как закои Био—Савара [15—17] для вихревых линий. Объемный интеграл в (13.23) показывает, что распределение завихренности изменяется в результате конвективного переноса, который непрерывно оказывает обратное воздействие на последующее распределение завихренности в жидкости. Поверхностный интеграл в (13.23) отражает непрерывное возникновение (или исчезновение) завихренности на твердой границе 5. Поскольку скорость u(r 0,0 на 5 равна нулю (условие прилипания), возникающие вихри могут покидать границу 5 лишь посредством диффузии. [c.372]

Чем определяется возникновение турбулентности, мы скажем ниже, в ИЗ, а здесь отметим, что распределение средней скорости при турбулентном потоке по диаметру трубы совсем иное (рис. 308), отлвдное от того, что мы видели при ламинарном движении (см. рис. 305). При завихренном движении средняя скорость почти по всему сечению трубы остается почти постоянной и только вблизи стенок быстро спадает до нуля, пограничный слой вблизи стенок занимает сравнительно небольшую долю потока, а в центре поле скоростей почти однородно и более похоже на то, которое должно быть в трубе при отсутствии вязкости жидкости. При слоистом движении (см. рис. 305) нет четкого пограничного слоя, во всех частях трубы поле скоростей изменяется из-за сил вязкости так же, как вблизи стенок, можно даже сказать, что в этом случае пограничный слой занимает весь поток жидкости. [c.381]

Д. Рюэлль и Ф. Такенс (1971) высказали гипотезу о том, что турбулентность представляет собою завихренное течение вязкой жидкости, эволюционирующее на странном аттракторе (и потому обладающее указанными выше свойствами стохастичности). Они доказали, что у широкого класса динамических систем канторов-ский странный аттрактор (т. е., в некотором общем смысле, турбулентность) может появляться в результате разрушения четырехчастотного движения путем возникновения резонансов его высоких гармоник (а в их работе с Ньюхаузом (1978) это доказательство было распространено и на трехчастотные движения). Ныне обнаружен уже целый ряд и других сценариев стохастизации (т. е. схем возникновения турбулентности). [c.22]

Таким образом, рассматриваемая система с течением времени продолжает находиться в состоянии, близком к геострофическому балансу, а влияние агеострофичности проявляется в возникновении высокочастотных колебаний малой амплитуды, которые накладываются на стационарные значения зависимых переменных. Заметим, что такое состояние является устойчивым по отношению к малым возмущениям, поскольку формулы (10) остаются справедливыми при незначительном изменении параметров т , и I, например в случае, если 2т]/ = 1+о(е), = = —1+о(е), 2(0)=о(б) . Переходя к размерным переменным, приходим к выводу, что квазигеострофические решения невязких модельных уравнений при К 1 характеризуются медленными изменениями с частотой порядка относительной завихренности жидкости и быстрыми колебаниями с частотой порядка угловой скорости вращения системы в целом. Поэтому геофизический триплет можно рассматривать как результат осреднения системы (1), (2) по периоду быстрых колебаний. Другими словами, взаимоотношение между динамическими системами (1), (2) и (4) носит такой же характер, как между уравнениями гидродинамики и квазигеострофическими моделями геофизических течений. [c.166]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...