ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перемежаемая структура течения в области вязкого подслоя турбулентного пограничного слоя из "Турбулентный пограничный слой" Рассмотрим механизм связи между осредненными параметрами течения в турбулентном пограничном слое и процессами обновления подслоя с учетом результатов измерения вероятностно-статистических характеристик продольных пульсаций скорости. [c.120] На рис. 2.17 а, б приведены типичные осциллограммы продольных пульсаций скорости и и распределение нормализованной плотности вероятности f u ) амплитуд пульсаций в турбулентном пограничном слое на разных расстояниях от обтекаемой стенки при Ре = иоо /и = 1270, [2.17, 2.28. Сплошными линиями на рис. 2.176 показаны результаты измерений, а пунктирными — гауссовское распределение. [c.120] что внутри вязкого подслоя, при у бл уиг/1 10), имеют место отдельные резкие отклонения мгновенной скорости в сторону ее увеличения (см. рис. 2.17 а), соответствующие вторжениям ускоренной жидкости из внешней области пограничного слоя в пристеночную область. Этим ускорениям потока соответствует более вытянутая правая и 0) ветвь функции / и ), а мода распределения смещена влево, в область отрицательных значений и. В соответствии с этим коэффициент асимметрии А имеет положительные значения (рис. 2.186). [c.121] Вне вязкого подслоя, при у 6 уит/1У 10), имеет место обратная картина здесь наблюдаются резкие отклонения скорости в сторону ее уменьшения (см. рис. 2.17а), которые можно рассматривать как выбросы замедленной жидкости из пристеночной зоны во внешнюю область течения. (Здесь термины замедленная или ускоренная жидкость употребляются в значении меньше или больше по отношению к местной средней скорости течения). Мода распределения в этом случае смещена в область положительных значений и (см. рис. 2.176), а значения Л — отрицательны. [c.121] В области границы вязкого подслоя, при у 5л уит/ Ю) функция f u ) симметрична А = 0), однако по сравнению с гауссовским распределением она отличается плосковершинностью (рис. 2.176). В этой зоне коэффициент эксцесса Е принимает минимальное значение (рис. 2.186). [c.122] Анализ опытных данных, представленных на рис. 2.17 и 2.18, приводит к вполне определенной физической схеме течения в пристеночной зоне турбулентного пограничного слоя. [c.122] Для большей наглядности представим схематически изменение во времени мгновенной скорости u t) внутри подслоя в таком виде (рис. 2.19а), чтобы отчетливо были выделены резкие отклонения скорости в сторону ее увеличения, наблюдаемые на осциллограммах рис. 2.17а при у Sj,. [c.122] Аналогичная картина имеет место и при у 5ц, с той лищь разницей, что в этом случае на относительно малые пульсации скорости с нормальным распределением будут накладываться большие отрицательные пульсации скорости (см. рис. 2.17 а), обусловленные выбросами замедленной жидкости из пристеночной зоны во внешнюю область течения. При этом положение моды распределения, т. е. значение средней скорости Ууск без учета больших отрицательных пульсаций скорости, будет несколько выше действительного среднего значения и. [c.123] Следовательно, измеряемые значения средней скорости должны соответствовать пунктирной кривой на рис. 2.196. [c.124] В соответствии с рассматриваемой схемой течения наиболее вероятное (среднее) положение границы раздела между зонами ускоренной и замедленной жидкости (пунктирная линия на рис. 2.19 в) должно соответствовать расстоянию от стенки, при котором мода распределения f u ) совпадает с математическим ожиданием сигнала и = и — и = 0). При этом коэффициент асимметрии А должен быть равен нулю. Из рис. 2.186 следует, что это расстояние от стенки соответствует толщине вязкого подслоя л. которая четко определяется по точке пересечения линейного (вблизи стенки) и логарифмического или степенного (в ядре пограничного слоя) законов распределения средней скорости [2.17] (см. рис. 2.18с). [c.124] Как видно из рис. 2.186, заниженные значения коэффициента эксцесса Е имеют место в сравнительно большой области (5 упг/и 40), причем за пределами этой области величина Е принимает постоянные значения, Е 2,8 (в случае гауссовского распределения Е = 3). Из предыдущего анализа следует, что эту область можно рассматривать как область возможных положений границы между зонами ускоренной и замедленной жидкости (т. е. область перемежаемости). В самом деле, если считать, что значение Е = Ещш (при у S3 л) соответствует наиболее частой смене зон ускоренной и замедленной жидкости, то по мере увеличения значений yur/i от 10 до 45 смена этих зон становится все более редкой, при этом относительное время, в течение которого жидкость является ускоренной, будет увеличиваться от 50% (равновероятное состояние при у и 5 ) до 100% (полное отсутствие смен состояний). По-видимому, степень отклонения величины Е от постоянного значения Е и 2,8 в окрестности границы вязкого подслоя (у 6л) пропорциональна вероятности появления границы раздела двух зон на данном расстоянии от стенки. [c.125] Описанный выше механизм перемежаемого течения в зоне вязкого подслоя позволяет сделать некоторые выводы и о характере изменения интенсивности турбулентности во внешней области пограничного слоя. Например, в области течения 50 yur/u 200, где справедлив логарифмический закон распределения скорости в турбулентном пограничном слое V UrA g yur/1 ) + В, значение Е имеет практически постоянное значение, близкое к Е = 3 для нормального распределения, что свидетельствует об отсутствии чередования зон течения, имеющих разные свойства. Вследствие этого можно предположить, что в этой зоне уровень турбулентности не должен заметно изменяться. Это согласуется с результатами исследований [2.19-2.21]. [c.125] Вернуться к основной статье