ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Параметры, определяющие положение области перехода из "Свободноконвективные течения тепло- и массообмен Т2" Критические значения Е для определения начала перехода (в гидродинамическом слое Я 19,5, в теплофизическом =820Д1). ) Аппроксимация методом наименьших квадратов. [c.49] Здесь через у обозначен корень пятой степени локального значения безразмерной плотности теплового потока, подводимого из-окружающей среды. Оказалось, что постоянные значения Qвт = ==290 и рвг== 315 определяют соответственно начало перехода к турбулентности в динамическом и тепловом пограничных слоях. [c.53] Прогнозирование начала перехода в динамическом и тепловом пограничных слоях. Если данные работы [104] по переходу в азоте выразить с помощью параметра Е, то оказывается, что началу перехода в тепловом пограничном слое соответствует среднее значение Я 20,5. При этом в качестве критерия перехода использовалось отклонение от ламинарного профиля средней температуры. В аналогичных условиях при исследовании перехода в воде [127] получено очень близкое значение параметра Е = 19,2. Поэтому возникает вопрос о том, нельзя ли в пределах разумной погрешности применять одно и то же значение параметра Е для определения начала перехода как в жидкостях,, так и в газах. [c.53] С другой стороны, если за начало области перехода в тепловом пограничном слое принять точку, где температура поверхности, достигнув максимального значения, начинает уменьшаться, как это 0ЫЛО сделано в работе [153], то среднее значение параметра Е станет равным примерно Е 22,2. Измерения с помощью интерферометра дают существенно более высокие критические значения параметра Е, обычно на 25 %. Это объясняется небольшой чувствительностью такого метода к слабой и(или) интенсивной турбулентности. Аналогичные результаты получены при исследовании перехода в плоских факелах [8] и Сверхзвуковых пограничных слоях [137]. [c.54] Величина QEт была вычислена по результатам исследования перехода в газах и оказалась равной QEт 11,4, как это видно-из табл. 11.5.2. Зависимость Q т от числа Прандтля в соответствии с уравденне м (11 .6) позволяет обобщить данные, полученные при исследовании в различных жидкостях. [c.55] Корреляционные зависимости (11,5.4), (11.5.5) и (11.5.7) легко использовать. Они основаны на результатах локальных измерений дискретными датчиками и справедливы, по крайней мере для перехода в газах или воде, при небольшой разности температур. [c.57] В предыдущих разделах описаны различные стадии процесса-перехода ламинарного течения в турбулентное около вертикальной стенки. Их физические механизмы выяснены преимущественно по результатам непосредственного измерения значений скорости и температуры почти без привлечения статистических характеристик. Однако для полного понимания турбулентности необходимо иметь представление о том, каким образом развивается в направлении течения спектр пульсаций, достигая своего окончательного состояния. Крупномасштабные вихри, возникающие в области перехода, по мере движения вниз по теченик превращаются в мелкомасштабные вихри полностью развитого турбулентного течения. [c.57] В настоящее время имеется обширная информация о статистических характеристиках полностью развитых турбулентных течений около вертикальной поверхности. Кутателадзе [90], используя стробоскопический метод визуализации, измерял профили продольной составляющей средней скоростн ой средне-квадратических значений турбулентных пульсаций в потоке этилового спирта около изотермической поверхности. Установлено, что резкий максимум профиля совпадает с максимумом профиля й. [c.57] Более подробное измерение характеристик турбулентности проведено в работе [143] при естественной к-онвекции около изотермической поверхности. Получены профили продольной и поперечной составляющих средней скорости й, V, а также про- фили средней температуры. Приведены распределения интенсивности турбулентных пульсаций и , v и 1 , а также ковариаций u t, ы/д, коэффициенты корреляционных функций, спектры и взаимные спектры. [c.58] Результаты исследования перехода [74] с эксперименталь- ными данными по интенсивности теплопередачи в воде [153] позволили обнаружить существование дополнительных стадий релаксации течения после завершения процесса перехода, описанного в разд. 11.4 и 11,5. В конце области перехода коэффи-щиенты перемежаемости температуры и скорости становятся равными единице во всем пограничном слое, кроме его внешней области, где происходит захват окружающей жидкости. Однако экспериментальные данные [153] показывают, что локальный коэффициент теплопередачи продолжает быстро возрастать и после разрушения ламинарного течения, затем это увеличение Лх прекращается, после чего наблюдается уменьшение интен--снвности теплопередачи подобно тому, как это происходит в ламинарном пограничном слое. [c.58] О задерж] е установления режима полностью развитого турбулентного течения относительно процесса перехода свидетельствует также отставание в развитии профилей температуры, которое наблюдалось в работе [74]. Показано [9], что уровень возмущения температуры резко повышается за областью перехода, несмотря на прекращение роста возмущения скорости. Уменьшение скорости усиления возмущения температуры, как и завершение процесса развития спектра возмущения, свидетельствует о возникновении развитой турбулентности, если судить по характеристикам теплопередачи [153]. [c.59] Рассмотрим результаты экспериментального исследования [9]. В хорошо теплоизолированном резервуаре из нержавеющей стали около вертикальной электрически нагреваемой поверхности высотой 132 см и шириной 41,5 см создавалось конвективное течение воды. Удельное электрическбе сопротивление воды поддерживалось на уровне, превышающем 0,8 МОм-см, позволяюг щем проводить измерения термоанемометром с неизолированными нитями. [c.59] ЧТО начало и завершение процесса перехода зависят как от О, так и от плотности теплового потока Отметим, что при некотором заданном значении д измерения проводились на различных расстояниях вдоль поверхности. [c.61] Распределения пульсаций скорости и температуры. Уровни пульсаций скорости и температуры изменяются по потоку довольно сложным образом. Джалурия и Гебхарт, [74] наблюдали, что коэффициент усиления возмушений уменьшается при их движении вниз по течению. После того как пульсации скорости в тепловом пограничном слое достигают заметного уровня, они изменяются так же, как и пульсации температуры. [c.61] На рис. 11.6.2 приведены экспериментальные распределения по координате х максимальных значений и и , а также и ( и при изменении х от Х4 = 48,3 см до Х1 = 114,3 см. В каждом сечении х интенсивность пульсаций скорости и достигает максимума приблизительно при 11=0,6. [c.61] Наибольшее значение и наблюдается в окрестности точки 3, т. е. приблизительно в конце области перехода, тогда как достигает наибольшего значения ниже по течению, что согласуется с установленными в работе [4] закономерностями ранних стадий развития возмущений. Результаты исследования теплопередачи показывают, что полностью развитое турбулентное течение устанавливается ниже по потоку от верхней границы, показанной на рис. 11.6.1, а именно сразу после того, как пульсации температуры достигнут максимального уровня. При этом коэффициенты перемежаемости скорости и температуры уже имеют, значения, равные единице. Исследование естественной конвекции в ртути [119] также показало, что сначала происходит повышение уровня пульсаций температуры при увеличении расстояния по потоку, а затем его постепенное понижение. И хотя в работе не приведены числа Грасгофа, на основании представленных результатов можно сделать вывод о том, что эти пульсации действительно были измерены в области перехода. [c.61] Спектры пульсаций температуры и скорости. Данные работы 9] показывают, что перед областью перехода энергии возмущения сосредоточена в узкой полосе очень низких частот. В начале перехода основная часть энергии возмущения по-прежнему остается в узкой полосе спектра. Затем посредством нелинейных процессов энергия возмущения распределяется по более широкой области спектра. Если считать, что частота возмущения характеризует масштаб турбулентности, то в области перехода эти масштабы довольно велики. В последующем происходит передача энергии от крупных вихрей к мелким. [c.64] В точке 6 примерно 45 % энергии возмущения сосредоточено в небольшой области спектра, содержащей расчетную частоту отфильтрованного возмущения. Только 5 % энергии имеют возмущения е бодеэ высокими частотами. Такой сдвиг спектра в сторону низких частот объясняется развитием крупных вихрей и тем, что изменение режима течения от ламинарного к частично турбулентному происходит за относительно продолжительный период времени. В конце области перехода, в точке 3, энергия возмущений более равномерно распределена по спектру — уже свыше 14 % энергии сосредоточено в области частот, превышающих частоту отфильтрованного возмущения. В точке 1 эта доля энергии возрастает до 27 % полной энергии возмущений, что свидетельствует о возникновении мелких вихрей. [c.65] Вернуться к основной статье