ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общий обзор и некоторые характеристики из "Свободноконвективные течения тепло- и массообмен Т1" Большинство явлений, связанных с движением и переносом жидкости и воздействующих на нашу жизнь и природную среду, непосредственно нас окружающую, вызвано аэро- или гидростатической подъемной силой. Такие течения наблюдаются при циркуляции воздуха вокруг нашего тела, в помещениях, где мы часто находимся, при приготовлении пищи, в технологических процессах, в сосудах с жидкостью, в атмосфере, в озерах, при циркуляции любого масштаба в океанах. Они обнаружены в атмосферах планет, и предполагается их существование вокруг других небесных тел. Аэро- или гидростатическая подъемная сила возникает под действием ра.зностей плотностей обусловленных неоднородностями температуры, разностями концентрации химических компонентов, изменениями фазового со-. стояния среды и многими другими факторами. Существует маого разных видов течений, вызванных аэро- или гидростатической подъемной силой, что обусловлено как отдельными эффектами, так и их комбинациями, а также разнообразием геометрических конфигураций, различием граничных условий и возникающих силовых полей. [c.18] Здесь и в- дальнейшем термин жидкость применяется к обш,ему случаю как жидкой, так и газообразной среды, если специально не оговаривается, что речь идет о капельных жидкостях.— Прим. перев. [c.18] И вязкие эффекты обычно одного и того же порядка величины. [c.19] В последние годы быстро возрастала интенсивность исследований в этой области. Часть этих исследований демонстрирует смещение существующего интереса к некоторым традиционным областям гидромеханики или уменьшение значимости последних. Но большинство исследований связано с нарастающими требованиями получения детальной количественной информации о движениях жидкости, вызванных выталкивающей силой, в атмосфере, водных объемах, квазитвердых телах, например в мантии Земли ), в оболочках, приборах, технологическом оборудовании. В результате этих усилий быстро накапливалась информация в областях, интерес к которым был невелик всего лишь несколько лет тому назад. [c.21] Аэро- или гидростатическую подъемную силу называют также силой плавучести, архимедовой или выталкивающей силой. В переводе книги предпочитается термин выталкивающая сила , так как он является несколько более общим, например, охватывает случай воздействия центробежной объемной силы и не допускает ассоциации с аэродинамической подъемной силой. — Прим. перев. [c.21] Мантия — оболочка твердой Земли, составляющая 83 % ее объема и 67 % массы, расположена между земной корой и ядром Земли. Предполагается, что вещество мантии находится в твердом кристаллическом, а частично— в аморфном состоянии. Температура в мантии достигает 2000— 2500°С. — Прим. перев. [c.21] В общем случае течения, вызванные выталкивающей силой, сильно различаются и по своим физическим размерам. Примерами увеличения масштаба течения от меньшего к большему являются течения, возникающие около нагреваемой солнцем частицы в атмосфере, около человеческого тела, выделяющего метаболическое тепло, при циркуляции жидкости в атмосфере, океанах и мантии Земли и, наконец, предполагаемые движения среды в звездах. [c.22] Таким образом, течения, вызванные выталкивающей силой,, чрезвычайно разнообразны по своим механизмам, физическим размерам, формам возникающих движений. Несмотря на это,, некоторые возможные сочетания этих различных факторов хорошо изучены, и среди них есть такие, которые имеют даже важнейшее научное и практическое значение. Большинство полученных до настоящего времени званий относится к ламинарным процессам в однофазной жидкости обусловленным взаимодействием силы тяжести с переносом тепла, воздействующим на плотность. Достаточно простым способом можно учесть в анализе влияние на-плотность среды диффузии химических веществ при малых концентрациях. В большинстве процессов диффузий происходящих в атмосфере и в водной оболочке Земли,, абсолютный уровень концентрации диффундирующих компонентов обычно очень мал. Уровни влажности и содержания СОг-в атмосфере соответственно равны 1 и 0,04 %. Соленость-океана составляет 3,5 %. [c.23] Достаточно хорошо известно, как теряют устойчивость некоторые установившиеся ламинарные течения, В нескольких случаях известно также, как осуществляется переход-к более-или менее развитой турбулентности Такие сведения приведены не только из-за того, что. они имеют самостоятельное значение,, но и для общего понимания вопросов, относящихся к неустой- ивости и переходу. [c.23] Во многих процессах присутствуют поверхности раздела фаз. В технике они образуются на жидких пленках, каплях в парах и газах на пузырьках в капельных жидкостях и т. п. Они возникают также во многих случаях в виде,поверхности раздела между атмосферой и водной оболочкой Земли. Движения в присутствии поверхностей раздела осложняются действием волн, а в земной атмосфере и больших объемах воды — дополнительным воздействием центробежной силы. Даже в однофазной жидкости в связи с быстрыми изменениями плотностн в вертикальном направлении возникают волноподобные движения, например в термоклиньях, находящихся в объеме жидкости. Эти вопросы здесь не рассматриваются, за исключением нескольких более простых типов течения в однофазной среде, но с учетом действия центробежной силы. [c.24] Даже в ограниченных рамках ламинарных течений, вызванных только переносом тепла, выполнены значительные исследования важных дополнительных эффектов. В прикладных задача условия, наложенные, например, на температуру поверхности, погруженной в покоящуюся окружающую среду, и саму среду, отличаются часто настолько, что в области диффузионной передачи тепла вязкость и теплопроводность жидкости заметно изменяются. Указаны пути учета этих эффектов, а также эффектов, возникающих из-за стратификации плотности в окружающей среде, образующейся вследствие изменения температуры в. вертикальном направлении. Стратификация оказывает существенное влияние на перенос. [c.24] Приведен также краткий обзор механизмов течения и переноса для несколько иного вида движения, вызванного выталкивающей силой. Горизонтальный слой жидкости, имеющий большую протялсенность, может быть неустойчиво стратифицирован,, т. е. плотность ж идкости может увеличиваться в вертикальном направлении снизу вверх, как в кастрюле с водой, нагреваемой на плите. Более тяжелая жидкость расположена над более легт кой. Любое местное возмущение, вызывающее движение, может вынудить тяжелую жидкость опускаться, заставляя легкую жидкость в каком-то Друго 1 месте подниматься. Вязкость будет препятствовать этому движению. Такие потенциально неустойчивые условия и возникающую при этом неустойчивость называют обычно термической неустойчивостью. [c.25] Вернуться к основной статье