Ламинарное и турбулентное обтекание. Число

ЛАМИНАРНОЕ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ОБТЕКАНИЕ. ЧИСЛО R [c.19]

Определите тепловые потоки на ламинарном и турбулентном участках обтекания пластины, находящейся в воздушном потоке, скорость которого Voo= Уа = 4000 м/с. Критическое число Re p = 10 . Условия обтекания пластины шириной Ь = 5 м и размахом / = 1 м соответствуют высоте Я = 10 км. Температура стенки поддерживается постоянной и равной Тст = 300 К. [c.672]

Коэффициент теплоотдачи а определяют три группы факторов. Во-первых, геометрические факторы, связанные с конфигурацией системы конвективного теплообмена течение жидкости вдоль плоской поверхности, поток в трубе (или в продольных межтрубных каналах), поперечное обтекание труб и трубных пучков и т. д. Во-вторых, гидродинамические факторы, обусловленные прежде всего наличием двух режимов течения — ламинарного (при малых значениях числа Не) и турбулентного (при больших значениях числа Ке). Механизм теплообмена в двух этих случаях существенно различен. Кроме того, в пределах каждого режима течения имеется связь коэффициента теплоотдачи а со скоростью потока, качественно одинаковая для обоих режимов — при возрастании скорости потока коэффициент а увеличивается. Однако количественные характеристики для ламинарного и турбулентного режимов различны. [c.315]

В технике большое значение имеет теплообмен при больших числах Re. В связи с этим в гидродинамике и теплообмене вязкой жидкости важное место занимает теория пограничного слоя. В настоящее время методы пограничного слоя хорошо разработаны для несжимаемой жидкости и сжимаемого газа. Получены решения ряда задач о теплообмене и гидравлическом сопротивлении при ламинарном и турбулентном течении жидкости в трубах и соплах, задач о распределении скорости и температуры в неизотермических струях и ряда других задач. Наибольшее (распространение методы пограничного слоя получили при решении задач теплообмена и сопротивления при внешнем (безотрывном) обтекании тел. [c.11]

Вопрос об определении положения точки Отрыва турбулентного пограничного слоя нуждается еще в дополнительных теоретических и экспериментальных исследованиях. Можно все же думать, что предложенное приближенное решение правильно оценивает характер явления. Сформулированный только что вывод относительно взаимного расположения точек отрыва ламинарного и турбулентного пограничных слоев хорошо подтверждается опытами. Достаточно вспомнить явление кризиса обтекания , объяснение которого было дано в 92. Точка отрыва ламинарного слоя при больших докритических значениях рейнольдсова числа не меняет своего расположения, что приводит практически к установившейся картине. плохого обтекания шара и сохранению коэффициента сопротивления на уровне сравнительно большого его значения. Как только точка перехода в своем движении вверх по течению достигнет точки отрыва, отрыв теряет свой ламинарный характер и сразу же начинает перемещаться вниз по потоку, улучшая тем самым обтекание тела и уменьшая его сопротивление. В конце кризиса точка отрыва установившегося турбулентного пограничного слоя располагается значительно ниже по потоку, чем точка отрыва ламинарного слоя, и в дальнейшем уже, если и перемещается, то крайне незначительно (за счет косвенных причин, связанных с изменением давлений при утолщении слоя и др.). [c.637]

Движение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса. Число Рейнольдса. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течение. Турбулентность атмосферы. Обтекание тел потоком жидкости. Формула Жуковского. Гидродинамическое подобие. Движение тела со сверхзвуковой скоростью. [c.63]

Х.7. Определите тепловые потоки на ламинарном и турбулентном участках обтекания пластинки, расположенной в воздушном потоке, скорость которого Кх>= 1 6 = 4000 м/сек. Критическое число Рейнольдса Кекр=10 . Условия обтекания пластинки шириной 6 = 5 м и размахом /=1 м соответствуют высоте атмосферы Я=10 км. Температура стенки поддерживается постоянной и равной 7ст = 300 К. [c.401]

Как показывают экспериментальные данные [67, ]31, при докритическом обтекании течение вплоть до точки отрыва остается ламинарным. Затем с ростом числа Ке точка перехода ламинарной формы течения в турбулентную вводит в пределы зоны безотрывного обтекания, после чего течение в некоторой части пограничного слоя, которая ем больше, чем больше Ке, становится турбулентным. В эе-зультате кормовая область сужается, что и приводит к уменьшению коэффициента сопротивления. [c.438]

При поперечном обтекании круглого цилиндра и при обтекании шара на передней части этих тел образуется ламинарный пограничный слой (по крайней мере, при достаточно низких числах Рейнольдса, когда переход к турбулентному пограничному слою не происходит). Расчет местной плотности теплового потока в окрестности критической точки и на лобовой поверхности тел выполняется рассмотренными методами. Однако в сечении цилиндра или шара, расположенном несколько выше по потоку, чем миделево, происходит отрыв ламинарного пограничного слоя (отрыв турбулентного пограничного слоя происходит несколько ниже миделева сечения). После отрыва пограничного слоя на поверхности тела наблюдаются колебания местного коэффициента теплоотдачи, соответствующие сложному вихревому характеру течения с уносом вихрей от поверхности в гидродинамический след. [c.274]

Экспериментальные данные [Л. 7] свидетельствуют о том, что при обтекании пластины потоками, движущимися с большими ускорениями, уравнение (11-32) дает завышенные числа Стантона. В гл. 7 было показано, что сильное ускорение потока уменьшает число Рейнольдса, основанное на толщине потери импульса, и может привести даже к обратному переходу от турбулентного пограничного слоя к ламинарному. Однако наблюдаемое уменьшение числа Стантона происходит, по-видимому, в турбулентном пограничном слое. Возможно, оно обусловлено уменьшением интенсивности генерации турбулентности вследствие наложения градиента давления. [c.299]

Нужно отметить то обстоятельство, что с увеличением числа Gu (уменьшение относительной влажности) число Нуссельта возрастает. Следовательно, интенсивность теплообмена, осложненного массообменом, больше, чем интенсивность чистого теплообмена ( сухой теплообмен). Это будет справедливо се только при ламинарном, но и при турбулентном обтекании поверхности жидкости. [c.219]

Первая осуществляется при числах Рейнольдса Ке 2 10 и характеризуется малым углом отрыва ф, равным примерно 82°, и большим сопротивлением цилиндра. При этом течение в пограничном слое остается ламинарным вплоть до точки отрыва и становится турбулентным ниже ее по потоку. При увеличении числа Рейнольдса Ке > > 2 10 точка перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный смещается вверх по потоку и по мере увеличения числа Рейнольдса проникает в область безотрывного обтекания. В этих условиях на поверхности цилиндра в области безотрывного обтекания наблюдается как ламинарный, так и турбулентный пограничный слой. Первый начинается от передней критической точки, на некотором расстоянии от нее, вниз по потоку переходит во второй, и отрыв происходит уже в области турбулентного пограничного слоя. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса наступает кризис обтекания — точка отрыва лри этом смещается вниз по потоку. [c.214]

При обтекании пластинок и многих других тел пограничный слой вблизи носовой части тела очень тонок [см. формулу (12)]. Это приводит к тому, что движение в пограничном слое на некотором участке остается ламинарным и только после того, как толщина слоя 5 увеличивается настолько, что достигается критическое значение числа R, движение в пограничном слое становится турбулентным. [c.158]

Течение жидкости в пограничном слое может быть ламинарным, турбулентным или переходным от ламинарного к турбулентному в зависимости от числа Рейнольдса и условий обтекания тела, в частности, от того, с гладкой или шероховатой поверхностью соприкасается поток. [c.39]

Сделаем ещё одно общее замечание. Течение жидкости внутри пограничного слоя может быть или ламинарным или турбулентным, и зависимости от значений числа Рейнольдса и от условий обтекания тела, например, от степени гладкости или шероховатости контура и т. п. Мы будем рассматривать только ламинарные течения некоторые соображения о турбулентном пограничном слое будут изложены в следующей главе, посвящённой турбулентности. [c.545]

Теплопередача на гладкой плоской пластине. В главе XII уже было показано, что при ламинарном течении вдоль плоской пластины профили скоростей и профили температур, если не учитывать тепло, возникающее вследствие трения, и если число Прандтля равно единице, тождественна совпадают. То же самое имеет место и при турбулентном обтекании плоской пластины при условии, что кроме равенства Рг = 1 выполняется также равенство Рг = 1. Это означает, что для обмена импульсов и теплообмена предполагается один и тот же механизм. Тогда вследствие совпадения профилей скоростей и профилей температур должно соблюдаться соотношение [c.632]

Такой режим движения жидкости называется турбулентным. Опыты показали, что турбулентный режим движения жидкости наступает тогда, когда превышено определенное значение числа Рейнольдса, называемое критическим. При получении числа Рейнольдса в процессе анализа картины течения жидкости указывалось, что это число характеризует соотношение между инерционными силами в потоке и силами вязкости. Турбулентный режим течения наступает вследствие существенного преобладания сил инерции над силами вязкости (скорость и плотность жидкости велики, вязкость мала). При определенном соотнощении этих величин ламинарное движение становится неустойчивым, этому моменту и соответствует критическое число Рейнольдса. Для случая обтекания плоской поверхности это значение равно [c.260]

Сравнение этого результата с формулой (1.52) для коэффициента сопротивления пластинки прн ламинарном обтекании показывает, что прн турбулентном обтекании сопротивление значительно больше, чем при ламинарном (например, прн Не = 5.10 больше почти в 2,5 раза) и гораздо медленнее убывает с ростом числа Рейнольдса. [c.278]

Число Рейнольдса играет огромную роль, так как характеризует ламинарное или турбулентное движение жидкости. Размеры строительных конструкций велики, как и скорости ветра, поэтому силами вязкости пренебрегают. Это дает право применять уравнение (закон) Бернулли при исследовании поведения тел в потоке в областях плавного обтекания, в зонах за местами срыва потока уравнение Бернулли неприменимо. [c.36]

При обтекании плоской пластинки, расположенной по потоку (угол атаки а = 0°), ламинарное течение в пограничном слое поддерживается на длине считая от передней кромки, определяемой числом Рейнольдса З-Ю —5-10 . После этого течение переходит в турбулентное. Точка перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный с увеличением числа Рейнольдса перемещается от задней кромки пластинки к передней. Сопротивление пластинки растет, и наибольшим оно становится, когда точка (зона) отрыва приближается к передней кромке. Важно отметить, что чем дольше сохраняется ламинарное течение вдоль пластинки, тем меньше ее сопротивление. Поэтому задача создания хорошо обтекаемых тел заключается в выборе такого профиля, у которого переход в турбулентное обтекание или отрыв вихрей происходит вблизи задней кромки тела. [c.41]

Вернемся к рассмотрению обтекания цилиндра круглого- поперечного сечения. Изменение среднего значения его коэффициента лобового сопротивления Си можно представить так, как это сделано на рис. 4.16, где показана его зависимость от числа Рейнольдса. Отметим, в частности, резкое падение Сд в интервале, определяемом примерно значениями 4-10 Ке 6-10 . Эта область его резкого падения называется критической областью и соответствует состоянию, при котором наблюдается переход от ламинарного к турбулентному течению в по- [c.114]

Практически при обтекании тел воздухом пограничный слой на некотором участке сохраняется ламинарным, а затем переходит в турбулентный. Значение числа / е, при котором осуществляется переход ламинарного течения в турбулентное, называется критическим числом Рейнольдса и обозначается / е р. Число Рейнольдса — важнейшее понятие аэродинамики. [c.106]

При изменении угла атаки а возможны две структуры обтекания локальный отрыв и отрыв потока с подветренной стороны конуса. Для первой характерно наличие лишь местного (локального) отрыва потока, вызванного щитком, а для второй - существование внешнего отрывного течения на всей подветренной стороне поверхности конуса, когда щиток целиком расположен в этой зоне отрыва. Вид структуры обтекания зависит не только от угла атаки, но и от режима течения в пограничном слое (ламинарный или турбулентный), числа набегающего потока, угла конуса, степени его затупления, геометрических размеров и местоположения щитка. [c.172]

Массоотдача при внешнем обтекании тел. Расчет массоотдачи продольно обтекаемой пластинки при ламинарном и турбулентном пограничном слое можно проводить по уравнениям (2-115) — (2-118), массоотдачи поперечно обтекаемого цилиндра и шара (в том числе одиночной капли) — по уравнениям (2-125) и (2-126), массоотдачи в неподвижном слое частиц, продуваемом газом (Ргвяа0,7- -1)—по уравнениям (2-127) и (2-127а). В названных уравнениях числа Nu, Nu и Рг следует предварительно заменить на диффузионные числа [c.204]

Еслн встать па точку зрения указанных выше аналогий между ламинарным и турбулентным слоями, то легко заключить об отрицательном влиянии числа М (сжимаемости газа) потока на обтекаемость крылового профиля. Подобно тому, как это имело место в случае ламинарного слоя (вспомнить сказанное в конце 91), увеличение числа М, приводящее к обострению пиков разрежений (увеличению отрицательных значений i/ ), должно, согласно (79). вызвать отрыв, расположенный ближе к лобовой точке разветвления потока, чем при М = 0. Это объясняет, почему, наряду с явлением затягивания. кризиса обтекания на ббльшие R, с ростом М возрастают также и докрити-ческие величины коэффициента сопротивления шара (рис. 185). Аналогичное объяснение можно дать наблюдаемому на многих крыловых профилях явлению убывания максимального коэффициента подъемной силы с ростом влияния сжимаемости (числа М). [c.637]

В зависимости от режима течения различают ламинарный и турбулентный пограничные слои. По мере развития пограничного слоя толщина его возрастает. Пока она мала, течение в пограничном слое будет ламинарным, лаже если внешний поток турбулентный. Режим течения в пограничном слое так же, как для потока в трубах и каналах, может характеризоваться величиной числа Рейнольдса, составленного по толщине б пограничного слоя, скорости щ внешнего потока и кинематическому коэффициенту вязкости v. С увеличением толщины б число Рейнольдса в некоторой точке может достигнуть критического значения. За этим сечением формируется турбулентный пограничный слой. Таким образом, в общем случае при безотрывном обтекании некоторой твердой поверхности потоко.м имеет место сочетание ламинарного и турбулентного пограничных слоев. [c.74]

Обычно при обтекании пластины в начале её существует ламинарный пограничный слой, который ввиду увеличения числа RI, по длине пластины в некотором месте переходит в турбулентный. Местоположение точки перехода зависит от начальной турбулентности потока, качества поверхности и т. д. Поэтому критическое число Rfjp в точке перехода может существенно изменяться, но обычно в расчётах принимают минимальное критическое число R, равное Rf p = 600. Следовательно, пограничный слой на пластине нужно рассчитывать как ламинарный для R < 600 и как турб члентный для R > 600, причём, как уже заказывалось, в точке перехода можно принять, что толщины потери импульса в ламинарном и турбулентном слое одинаковы [c.239]

С увеличением чпсла Вебера Wei при не очень малых числах Рейнольдса RB (а увеличение Wei при фиксированных свойствах фаз получается при увеличении Re ) начинает сказываться деформация капель и пузырьков, которые принимают форму эллипсоида, сплющенного в направлении обтекания и коэффициент сопротивления резко увеличивается (рпс. 5.3.1). При дальнейшем увеличении числа Вебера Wei до значения 1 пузырек или капля принимают фopiIy сегмента, за которым образуется ламинарный или турбулентный (в зависимости от Re ) след. [c.256]

Таким образом, применительно к затупленным телам основная задача расчета состоит в том, чтобы определить, как далеко вдоль боковой поверхности будет происходить перетекание пленки и где сдвигающие усилия потока окажутся столь невелики, что весь унос будет происходить в газообразном виде, т. е. прекратится процесс оплавления. Конечно, ответ на этот вопрос суш,е-ственно зависит от вязкости расплавленного стекла. В работе [Л. 8-2] приведены примеры расчетов для кварцевого стекла при различных условиях обтекания, в том числе и при смене режима течения в пограничном слое с ламинарного на турбулентный. Из рис. 8-27 видно, что расплавленная пленка практически не обладает инерцией как только сдвигающие напряжения аэродинамического обтекания становятся малыми, течение расплава прекращается и двумерностью переноса тепла можно пренебречь. Действительно, градиент температуры вдоль поверхности при xjR>2 уже не превышает 250 К/м. Однако даже максимальное отмеченное значение продольного градиента температуры (dTJdx) не превысило 2% градиента температуры по толщине пленки (дТ1ду)ю- Это подтверждает правильность представления вязкости в виде зависимости только от координаты у [уравнение (8-33) ]. [c.230]

Вид зависимости (5) определяется геом. формой поверхности раздела п режимом её обтекания, в частности режимом т.ечения в пограничном слое (ламинарным или турбулентным), наличием и положением зон отрыва потока (см. Отрывное течение). Критериальные законы К. т. в виде (5) могут быть получены как на основании теоретич. расчётов [напр., численным решением системы ур-ний (2) и др.], так и экспериментально --иутём исследования теплоотдачи к моделям подобной геом. формы в представляющем интерес диапазоне изменения числа Рейнольдса и др. определяющих критериев. Напр., средний коаф. К. т. в случае поперечного обтекания цилиндра описывается с помощью степенной зависимости Л причём С п т имеют разл. значение для разных диапазонов изменения числа Рейнольдса [c.435]

Для расчета пограничного слоя на профиле решетки необходимо определить распределение скоростей невязкой жидкости w = w s). Для определения w s) следует решить прямую задачу теории решеток в потоке невязкой жидкости. Затем производится расчет пограничного слоя, причем обратное влияние пограничного слоя на распределение скорости внешнего потока при реальных числах Re и безотрывочном обтекании обычно не учитывается, так как толщина вытеснения очень мала. Пограничный слой в реальных решетках можно считать полностью турбулентным. Такое допущение несколько упрощает расчеты, так как не приходится определять точку или область перехода ламинарного слоя в турбулентный. [c.61]

При обтекании полости на плоской noBqjXHo TH при определенных условиях возникают автоколебания. Причина их возбуждения состоит в возникновении акустической волны в результате удара вихрей слоя смешения о заднюю кромку полости. Это иллюстрируется сравнением характера пульсаций скорости в слое смешения для двух случаев обтекания обтекания обращенного назад уступа и полости прямоугольного сечения (рис. 10.1). Во втором случае в спеетре пульсаций наблюдаются ярко выраженные дискретные составляющие, что обусловлено наличием акустической обратной связи с возбуждением автоколебаний [10.3]. На характер возбуждения автоколебаний может влиять также то обстоятельство, что для некоторых частот полость может служить акустическим резонатором [10.10]. В результате характеристики автоколебаний определяются геометрией полости, числами Рейнольдса и Маха, режимом течения в пограничном слое перед полостью (ламинарный или турбулентный) и характерной толщиной этого слоя. [c.225]

Многочисленные опыты по определению критического числа Кевкр Для пограничного слоя на пластине привели к значениям, близким к критическому числу трубы. Тот же порядок Ревкр был найден и при обтекании круглого цилиндра, шара и крыловых профилей. При этом было обнаружено, что относительное расположение критического сечения пограничного слоя, в котором ламинарный слой переходит в турбулентный, существенно зависит от степени возмущенности набегающего на тело внешнего потока. При изменении этого фактора изменяется и величина критического числа Рейнольдса пограничного слоя. [c.528]

Как я уже говорил ранее, турбулентность работает против авиа-циоппого инженера в том, что касается поверхностного трения. Следовательно, возникает вопрос, существует ли какая-либо возможность обмана природы и сохранения пограничного слоя в ламинарном состоянии при значении числа Рейнольдса выше обычного. В период непосредственно до и после последней войны, много внимания уделялось крыльям с лам,V,парным обтеканием. Эти крылья разработаны так, что самое низкое давление на поверхности наблюдается как можно далее назад. Идея подобной конструкции заключается в том, что устойчивость ламинарного нограничного слоя обычно увеличивается, если внешнее течение ускоряется, т. е. в течении с перепадом давления. [c.101]

Многочисленные опыты по определению критического числа 1 5кр для пограничного слоя на пластинке привели к значениям, близким к критическому числу трубы. Тот же порядок был найден и при обтеканиях круглого цилиндра, шара и крыловых профилей. При этом было обнаружено и некоторое принципиальное отличие явления перехода в пограничном слое от соответствующего явления в трубе. Относительное расположение на поверхносги пластинки или другого обтекаемого тела критического сечения пограничного слоя, в котором ламинарный слой теряет устойчивость и переходит в турбулентный, оказалось существенно зависящим от степени возмущенности или, как иногда говорят, от интенсивности турбулентности набегающего на тело внешнего потока. При изменении этого фактора изменялась и величина критического числа Рейнольдса пограничного слоя, [c.584]

Для всей механики жидкости и газа фундаментальное значение имеет явление перехода ламинарной формы течения в турбулентную. Впервые это явление было подробно исследовано О. Рейнольдсом в восьмидесятых годах прошлого столетия при изучении движения воды в трубах. В 1914 г. Л. Прандтлю удалось экспериментальным путем, на примере обтекания шара, показать, что течение внутри пограничного слоя также может быть либо ламинарным, либо турбулентным и что процесс отрыва потока, а вместе с тем и вся проблема сопротивления зависят от перехода течения внутри пограничного слоя из ламинарной формы в турбулентную. В основе теоретического исследования такого перехода лежит предположение О. Рейнольдса о неустойчивости ламинарного течения. В 1921 г. такими исследованиями занялся Л. Прандтль. В 1929 г. В. Толмину после ряда неудачных попыток удалось впервые теоретически вычислить критическое число Рейнольдса для плоской пластины, обтекаемой в продольном направлении. Однако потребовалось еще свыше десяти лет, прежде чем теория Толмина Morjfa быть подтверждена очень тщательными экспериментами X. Драйдена и его сотрудников. Теория устойчивости пограничного слоя позволила объяснить влияние на переход ламинарной формы течения в турбулентную также других факторов (градиента давления, отсасывания, числа Маха, теплопередачи). Эта теория получила важное пр-именение, в частности, при исследовании несущих профилей с очень малым сопротивлением (так называемых лами-наризованных профилей). [c.17]

Если для данного потока жидкости в трубе число Рейнольдса Ке<Кекр, течение будет ламинарным, если К е>Кекр — турбулентным. Критическое число Рейнольдса существенно зависит от условий входа в трубу и условий в потоке жидкости перед входом. Чем меньше возмущения в потоке жидкости, поступающей в трубу, и во входном сечении (например, вследствие отрыва потока от стенок при обтекании острых кромок), тем больше критическое число Рейнольдса. Так, например, принимая специальные меры по уменьшению возмущений, удалось получить ламинарное течение в трубе при значениях числа Рейнольдса до 40 000. По-видимому, путем тщательного устранения возмущений можно получить и более высокие значения критических чисел Рейнольдса. Однако на практике важно знать не столько верхнюю, сколько нижнюю границу критического числа Рейнольдса. Существование такой границы установлено в очень многих экспериментальных работах. Говоря в дальнейшем о критическом числе Рейнольдса Кекр, мы будем иметь в виду именно его нижнюю границу. Если Р е<Кекр, то любое сильное возмущение на входе в трубу на достаточном удалении от входа затухает и поток остается ламинарным. Если же Ре>Рекр, то в обычных условиях (т. е. при наблюдаемых на практике возмущениях) течение становится турбулентным. [c.65]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...