ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые сведения о различных турбулентных течениях из "Процессы и аппараты химической технологии Том1 Явления переноса макрокинетика подобие моделирование проектирование" Физические свойства газов берутся при среднемассовой температуре Т в данном сечении. Обзор современных данных о гидродинамических и массообменных характеристиках турбулентных течений в шероховатых трубах содержится в [103]. [c.202] Турбулентные пограничные слои. Если исследование закономерностей течения в трубах и каналах составляет содержание внутренних задач гидродинамики, то аналогичные вопросы, возникаюшие при изучении обтекания тел потоком жидкости, — прерогатива внешних задач гидродинамики. Одним из важнейших объектов этих задач являются турбулентные пограничные слои. Вследствие нелинейности уравнений гидромеханики система уравнений пограничного слоя оказывается незамкнутой, как и для любых турбулентных движений. При итеративном составлении дополнительных уравнений для лишних неизвестных число вновь появляющихся неизвестных возрастает быстрее, чем число уравнений. Поэтому для замыкания системы на любом уровне — первого, второго или третьего порядков — необходимо привлекать дополнительные реологические гипотезы, выражающие старшие моменты турбулентных пульсаций через моменты более низкого порядка. При этом имеющийся в наличии эмпирический материал используют для проверки адекватности моделей и корреляции их числовых параметров. К сожалению, до сих пор не создана единая, строгая и непротиворечивая теория турбулентных течений. [c.202] Пристенная область, в которой сохраняется линейное распределение скорости, называется вязким подслоем. Толщина вязкого подслоя по оценке [21] составляет = Ьу/Ш. В связи с этим область протяженности логарифмического слоя можно определить как 5и .6. [c.205] Приведенная формула коррелирует данные 18 экспериментов по тепло- и массообмену в диапазоне чисел Рейнольдса 4 10 Re 8 10 и чисел Прандтля О, 7 Рг 100. [c.206] Простейший случай продольного турбулентного обтекания гладкой непроницаемой пластины, бесспорно, не исчерпывает всего многообразия важных для практики ситуаций. Турбулентные течения могут быть подвержены влиянию целого ряда дополнительных факторов [102]. Большинство воздействий на турбулентный пограничный слой может быть отнесено к одному из двух классов-внешних или внутренних. [c.206] Действие внешних факторов сказывается прежде всего на структуре течения в ядре турбулентного потока, но слабо проявляется вблизи стенки. К ним относятся, например, такие существенные в техническом отношении факторы как положительный или отрицательный продольный градиент среднего давления, кривизна обтекаемой поверхности, степень турбулентности набегающего потока, термическая стратификация жидкости. [c.206] Внутренние же воздействия, наоборот, прежде всего проявляются вблизи стенки и мало затрагивают ядро течения. К ним относятся шероховатость стенки, ее проницаемость в смысле организации вдува или отсоса жидкости, деформируемость под действием течения, наличие небольших добавок полимеров и поверхностноактивных веществ. [c.207] Методы анализа размерностей и в этом случае могут служить основой для важных практических выводов и классификации экспериментального материала. Дело в том, что из размерных величин, характеризующих физическое содержание того или иного фактора, можно составить определяющий характеристический масштаб длины 6(р, совпадающий по порядку величины с координатой границы зоны действия внешнего или внутреннего фактора. Относительное положение величины б р в иерархии линейных масштабов, вязкостного 1//Ж и внешнего 6, оказывает решающее влияние на характеристики течения. [c.207] В самом простом случае все эти характеристики зависят еще и от формпараметра [1, 21, 79, 103, 112], который представляет собой отношение масштабов для внутренних воздействий и для внешних воздействий. В качестве примеров определяющих масштабов для различных типов воздействий можно привести такие при обтекании шероховатой пластины 8 p = /г, где к — средняя высота шероховатости, при турбулентном течении в пограничном слое с градиентом давления 8 = рШ йроо/йх), где фоо/с(ж, — модуль продольного градиента внешнего давления [103]. [c.207] Свободные турбулентные течения. К течениям такого типа относят струи, слои смешения двух параллельных потоков и течения в следе за обтекаемыми телами. Для всех них характерно отсутствие границы с какими-либо твердыми стенками. [c.207] Здесь X, у — продольная и поперечная координаты а , — турбулентное касательное напряжение и турбулентный диффузионный поток А = О и 1 для плоского и осесимметричного течений, соответственно. [c.208] В свободных струях можно выделить начальный, переходный и основной участки, на каждом из которых действуют свои закономерности. Начальный участок характеризуется наличием зон (слоев) смешения и ядра течения, представляющего собой область постоянной скорости. Зоны смешения расширяются вдоль потока и их смыкание определяет конец начального участка. На некотором расстоянии от конца начального участка струйное течение принимает вид течения из точечного источника — мысленной точки, называемой полюсом струи. Этот участок струи называется основным. Между начальным и основным лежит переходный участок. [c.208] При экспериментальном определении константы к и закона расширения струи могут возникнуть трудности измерения малых скоростей вблизи границы струи, во избежание которых можно ограничиться точками, близкими к оси струи. Обычно для этого экспериментально определяют координаты той точки, в которой скорость принимает значение, равное половине максимальной скорости в этом сечении. Но эта координата (/ о,5 известна из автомодельного решения для плоской струи о,5 = 0,88 для осесимметричной (/ о,5 = 1)82 для слоя смешения сро,5 = —0,33. Таким образом, по измеренным значениям (у/а )о 5 и известным с/ о,5 можно определить константу к для каждого конкретного случая. [c.213] В автомодельной по числу Рейнольдса области [114] для сферы Сх = 0,44 для полусферы = 0,34 для конуса с углом раствора 30° Сх = 0,51 для круглой пластины, нормальной к потоку, Сх = = 1,11. [c.214] Вернуться к основной статье