Ламинарный, переходный и турбулентный режимы течения в пограничном слое

Рассмотрим задачу определения тепловых потоков со стороны горячего газа к обтекаемому профилю типа турбинной лопатки. Данная задача осложняется тем, что в пограничном слое могут одновременно существовать зоны ламинарного, переходного и турбулентного режимов течения. [c.60]

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]

Особый интерес представляет неустойчивость ламинарного течения в пограничном слое и возникновение в кем турбулентности. Значимость этого вопроса определяется тем, что во многих случаях встречаются смешанные пограничные слои с участками ламинарного и турбулентного режимов. Для расчета таких слоев необходимо располагать не только методами расчета каждого из них, но и способами определения размеров переходной зоны или, по крайней мере, положения точки перехода. Рассмотрим в общих чертах переходные явления в пограничном слое на плоской пластине. [c.361]

Как видим, полуширина переходного интервала между первым и вторым режимом разрушения составляет не более 15% среднего значения G ) (соответственно равного 0,36 для ламинарного и 0,43 для турбулентного обтекания). Важно отметить слабую зависимость G от типа течения в пограничном слое. [c.259]

Следует отметить, что по мере движения потока вдоль поверхности стенки толщина пограничного слоя постепенно возрастает тормозящее воздействие стенки распространяется на все более далекие слои жидкости. На небольших расстояниях от передней кромки стенки пограничный слой еще тонкий и течение жидкости в нем носит струйный ламинарный характер. Далее на некотором расстоянии в пограничном слое начинают возникать вихри и характер течения становится турбулентным (рис. 14.2, б). Эти вихри обеспечивают интенсивное перемешивание жидкости в пограничном слое, но в непосредственной, близости от поверхности стенки они затухают, и здесь сохраняется очень тонкий вязкий подслой. Толщина пограничного слоя бдо р, сл зависит от расстояния л от передней кромки стенки, скорости движения потока и кинематической вязкости и = г/р. Переход к турбулентному режиму течения жидкости в пограничном слое определяется критическим значением числа Ке Р, на которое при продольном обтекании пластины основное влияние оказывают степень начальной турбулентности набегающего потока жидкости, а также шероховатость поверхности, интенсивность теплообмена поверхности с жидкостью и т. д. Поскольку сам переход от ламинарного режима течения к турбулентному в пограничном слое происходит не в точке, а на некотором участке, вводят два критических значения числа Рейнольдса. При этом Ке Р соответствует превращению ламинарного режима течения в переходный. В это время в пограничном слое начинают возникать первые вихри и пульсации, а Ке Р соответствует переходу к развитому турбулентному режиму течения. [c.225]

Аналитические методы [1] для подобного класса течений не дали удовлетворительного объяснения многих деталей взаимодействия потоков в кавернах. В [2] исследованы решения двумерных уравнений Эйлера для анализа обтекания каверны потоком с большой дозвуковой скоростью. Решение двумерных уравнений Навье-Стокса [3] было впоследствии повторено в ряде численных исследований, например в [4], для турбулентного режима течения в каверне с Lp = UD = 6.2, М = 2.36, где L - длина выемки, D - глубина. Задача обтекания плоской прямоугольной выемки неравновесным потоком вязкого многокомпонентного реагирующего газа решена в [5]. Численные результаты для нестационарных вязких течений в прямоугольных кавернах при сверхзвуковом внешнем обтекании получены в [6]. Метод решения уравнений Навье-Стокса для сжимаемого стационарного течения [3] был также применен для исследования вязкого турбулентного трехмерного течения, например в [7], однако этот метод не нашел широкого применения для нестационарного течения. Для исследования обтекания каверны с = 5.3, 8.0 и 10.7 гиперзвуковым потоком (М = 6.3) при ламинарном и переходном режимах пограничного слоя в [8] использован метод [7]. [c.123]

Наибольшие амплитуды колебаний во времени рассматриваемые зависимости К (т, Re ) и е (т, Re ) имеют в начале плоской пластины, где режим течения по принятой модели предполагается ламинарным. Затем вниз по течению флуктуации по времени этих функций быстро затухают. Поэтому влияние этих нестационарных колебаний К и е на области пограничного слоя с переходными и турбулентными режимами определяется соотношением параметров в набегающем потоке. [c.93]

В то время как для рис. 11.10,а характерно беспорядочное нагромождение кривых, данные, представленные на рис. 11.10,6,. находятся в относительном порядке. При турбулентном режиме течения (Ке>10 ) потери изменяются приблизительно пропорционально Ке-°-2 При ламинарном режиме течения (Ке< 2-10 ) потери изменяются более резко — приблизительно пропорционально Ке °- . На каждом из режимов течения экспериментальные кривые собраны в тесный пучок, что открывает возможность для получения эмпирической расчетной формулы. В переходной области между ламинарным и турбулентным режимами течения наблюдается такой же разброс экспериментальных точек, как на рис. 11.10,а. Поведение турбинной решетки в такой переходной области пока непредсказуемо вследствие недостатка информации относительно точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Результаты экспериментального исследования, проведенного в работе [11,34], несомненно, достоверны в том диапазоне чисел Рейнольдса, который здесь рассматри- [c.332]

Переход ламинарного режима в турбулентный кратко описан в п. 6.6 для течения в круглых трубах. Он наблюдается и при течениях в каналах разной формы, конфузорах, диффузорах, в пограничном слое при обтекании тел, в свободных струях. Хотя переходные явления для каждого класса потоков имеют некоторую специфику, но в основе любого из них лежит потеря устойчивости ламинарного течения, которая наступает при достижении определенных значений гидродинамических параметров. [c.359]

Кроме того, на величину Re p может влиять шероховатость поверхности пластины, интенсивность теплообмена и т. д. Сам переход от ламинарного к турбулентному режиму течения жидкости в пограничном слое, как показывают опытные данные, происходит не в точке, а на некотором участке, в связи с чем иногда вводят два значения Re,(pi и Re p2, где Re pi =-— критическое число Рейнольдса, отвечающее переходу от ламинарного к переходному режиму течения, когда в пограничном слое возникают первые вихри и пульсации Re pa = — критическое число Рейнольдса для перехода к развитому турбулентному режиму течения. На рис. 3-2 приведены зависимости Re pi и Re pn от степени начальной турбулентности набегающего потока. [c.70]

Следует заметить, что упомянутая выше приближенность полученных выражений (ИЗ) и (114) объясняется не их неточностью, а неполным соответствием в значительной области изменения Re предположения, при котором они получены, реальным условиям течения потока в решетке. Выражение (113) соответствует полностью ламинарному слою, выражение (114) — полностью турбулентному слою. В действительности первый случай в решетке может быть только при малых Re, а второй — только при больших Re. При промежуточных значениях Re на части поверхности может иметь место ламинарный слой, на остальной — турбулентный. Так, на конечном участке области сильного влияния Re на некоторой части поверхности выходной кромки может иметь место турбулентный слой. Используя при этих Re зависимость (113), мы несколько завышаем влияние числа Re. На начальном же участке области 3 на поверхности входной части лопатки характер течения среды в пограничном слое может быть ламинарным. Использование при этих значениях Re зависимости (114) приводит к некоторому занижению влияния числа Re. Поэтому выражения (113) и (114) будем рассматривать как приближенные. Область же изменения Re, в которой обе полученные зависимости дают теоретически погрешность расчета, будем называть переходной (рис. 43, область 2). Как показывают опыты, верхняя граница этой области в некоторой мере зависит от степени конфузорности и типа профилей. В сопловых решетках широко применяемого типа с профилями лопаток ТН-2, 356 и с близкими к ним эта граница при расчетном режиме расположена при Re = = (6—7)10 В решетках, имеюш,их меньшую конфузорность, чем упомянутые, указанная граница наступает раньше. В так [c.93]

На фиг. 13 и 14 приведены экспериментальные результаты Жину [441 для двумерного уступа, расположенного по потоку (Моо = 2,15). Видно, что в пограничном слое существуют возмущения по размаху до присоединения и после него как при ламинарном, так и при турбулентном режимах течения. Амплитуда возмущений была наибольшей в переходном режиме. Амплитуда приблизительно пропорциональна искажениям формы передней кромки, а отношение длины волны возмущений потока к тол- [c.216]

Для течений в турбомашинах следы от лопаток предыдущей ступени, расположенных вверх по потоку, повышают интенсивность турбулентности набегающего потока на решетку профилей, делая его неоднородным и нестационарным. Вследствие этого флуктуации с большой амплитудой из внешнего потока диффундируют непосредственно в пограничный слой на профиле лопатки, меняя характер ламинарного режима и переходных процессов, и вызывают переход значительно раньше, чем в случаях малых значений степени турбулентности, и без стадии возникновения волн [2]. [c.82]

Режим движения жидкости как при свободном, так и при вынужденном движении определяется в значительной степени скоростью движения. При малых скоростях движения возможен так называемый ламинарный режим движения жидкости. При ламинарном движении жидкости отдельные слои жидкости, несмотря на различные скорости, не перемешиваются. При увеличении скорости отдельные слои жидкости при движении приобретают волнообразную форму, что соответствует переходному режиму течения жидкости. При дальнейшем увеличении скорости отдельные слои жидкости начинают перемешиваться, движение жидкости становится неупорядоченным. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Следует учитывать, что и при турбулентном движении вблизи омываемой жидкостью поверхности в так называемом пограничном слое движение жидкости ламинарное. Переход движения жидкости из одного режима в другой определяется числом Рейнольдса [c.67]

С математической точки зрения все эти явления описываются уравнениями Навье—Стокса. Нелинейный характер уравнений передает общие физические свойства течений наличие зон с резким изменением градиентов величин (пограничные слои, ударные волны и т. п.), отрыв потока, возможность ламинарного, переходного и турбулентного режимов течений, появление квазипериодиче-ских, неустойчивых решений и бифуркации решений. Асимптотический анализ уравнений Навье—Стокса позволяет выделить в рассматриваемой задаче характерные области течения в зависимости от характерных параметров задачи. [c.62]

Поле касательных напряжений в потоке жидкости и газа весьма консервативно относительно режима течения. Так, при стационарном, неускоренном течении в осесимметричном канале распределение касательных напряжений по поперечному сечению является одной и той же функцией безразмерного радиуса как для ламинарного, так и для переходного и турбулентного режимов течения. Автохмодельность поля касательных напряжений относительно режима течений с большой степенью точности выполняется и в пограничном слое при внешнем обтекании твердых тел. [c.166]

Таким образом, в пограничном слое, так же как и в течениях в трубах, турбулентность возникает в ограниченных областях, сосуществующих с областями ламинарного течения. Эти турбулентные облачки или пятна , аналогичные турбулентным пробкам в потоках в трубах, распространяются по течению в пограничном слое и образуют в переходной области явление перемежаемости ламинарных и турбулентных режимов течения. [c.537]

Классическим направлением магнитной гидродинамики в 1950-70-х гг. было исследование подавления турбулентности продольным магнитным полем. Теоретическое моделирование этого эффекта до сих пор до конца не изучено. Поэтому наиболее сложные - переходные (от ламинарного к турбулентному) режимы течения в первых теоретических и численных исследованиях, как правило, не рассмат-эивались. В работе Е. К. Холщевниковой ([26] и Глава 12.5), с привлечением уравнения для турбулентной вязкости, впервые осуществлено численное моделирование развитого течения в трубах в осевом магнитном поле во всем диапазоне чисел Рейнольдса (от ламинарного до турбулентного режимов). Была предложена нелинейная математическая модель развития возмущений в круглых трубах, которая, в зависимости от начальной интенсивности возмущений и от числа Рейнольдса, переводит течение либо в ламинарный, либо в турбулентный режим. Развитые в ЛАБОРАТОРИИ теоретические и численные методы анализа МГД пограничных слоев широко использовались в ИВТ АП СССР и в филиале Института атомной энергии [27. [c.519]

Течение в пограничном слое на стенке (рис. 15.4) может быть ламинарным, переходным и турбулентным, независимо от режима течения невозмущенного потока. Имеется много общего между течениями в трубе и в пограничном слое на стенке. Если Ке<КбсЛф = = (,раср /[х)кр, то течение во всей трубе ламинарное, если Ке> >Кейкр — турбулентное (см. п. 6.1). Если для пограничного слоя на стенке за характерный размер принять толщину пограничного слоя 6, соответствующую радиусу трубы 6=с//2, а за характерную скорость — скорость внешнего потока соответствующую скорости на оси трубы ан = тах, ТО, как показывают эксперименты, переход ламинарного течения в турбулентное будет также определяться критическим числом Рейнольдса [c.275]

Как видим, значение критического числа Рейнольдса для пограничного слоя на плоской пластине и для трубы имеют один и тот же порядок. Разница заключается в том, что вдоль достаточно длинной пластины режим течения в пограничном слое изменяется. На малых расстояниях от передней кромки пластины толщина пограничного слоя мала (бСбкр) и в пограничном слое сохраняется устойчивое ламинарное течение с молекулярным механизмом переноса. При увеличении толщины ламинарного пограничного слоя до критической величины бкр при расстоянии лгкр устойчивость ламинарного течения в пограничном слое нарушается и появляется участок переходного течения, где хаотически во времени сменяются ламинарный и турбулентный режимы течения. За переходным уча- [c.275]

Теперь рассмотрим течение жидкости вдоль п гастины (рис. УП-З). У ее передней кромки, как уже отмечалось, образуется ламинарный пограничный слой с толщиной б. На расстоянии Хкр от передней кромки режим двил ения в пограничном слое становится переходным. Форма движения жидкости, промежуточная между ламинарной и турбулентной, называется переходным режимом движения. Область пограничного слоя, на протяжении которой режим движения переходный, называется переходной зоной (рис. УП-8). [c.146]

На основе расчета потенциального обтекания решетки лопаток определяют распределение скорости и давления вдоль контура лопатки, затем на основе расчета пограничного слоя определяют распределение коэффициентов теплоотдачи. Характер изменения коэффициентов теплоотдачи вдоль контура лопатки определяется особенностями ее обтекания газовым потоком, При натекании газа на профиль лопатки образуется пограничный слой, который вблизи входной кромки является ламинарным, а затем па некотором расстоянии, зависящем от начальных условий обтекания (конфигурации межлопаточного канала, интенсивности нагрева), переходит в турбулентный. Каждая из областей пограничного слоя (ламинарная, переходная, турбулентная) характеризуется своей интенсивностью теплообмена, поэтому в зависимостп от протяженности той или иной области вдоль контура профиля интенсивность теплообмена будет различной. Точность расчета процессов теплообмена в этом случае существенно зависит от точности определения координаты начала разрушения ламинарного режима течения и развитого турбулентного течения. [c.461]

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]

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]

Полуограниченная струя. Струя, распространяющаяся с одной стороны вдоль твердой стенки, а с другой соприкасающаяся с безграничной средой жидкости, называется полуограниченной. Простейшим случаем полуограни-ченной струи можно считать распространение ее вдоль плоской поверхности. Основной особенностью полуограниченной струи является то, что с внешней стороны она распространяется как свободная струя, а со стороны твердой поверхности испытывает тормозящее воздействие, в результате чего вдоль твердой поверхности образуется пристенный пограничный слой ППС (рис. 23, а). Сечение, в котором струйный пограничный слой смыкается с пристенным слоем, называется переходным. От начального до переходного сечения простирается начальный участок. На этом участке между струйным и пристенным пограничными слоями располагается ядро струи. За переходным сечением лежит основной участок струи. В зависимости от режима течения пристенный слой может быть ламинарным или турбулентным. Его толщина бс определяется в соответствии с режимом течения но формулам (100) или (101). [c.89]

Если режим течения в области взаимодействия соответствует случаю, когда начало перехода ламинарного течения располагается в окрестности точки отрыва (рис. 1,6 ), то увеличение числа Ке оказывает влияние на всю область взаимодействия от точки отрыва до точки присоединения. В этом случае давление в отрывной области возрастает и находится в диапазоне значений, соответствуюгцих турбулентному и ламинарному пограничным слоям, а граница отрывной области искривляется вниз по потоку II стадия переходного режима течения. [c.168]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...