ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экспериментальное определение точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный из "Турбулентный пограничный слой" Область перехода ламинарной формы течения в турбулентную включает в себя несколько качественно различных зон, в которых последовательно осуществляется процесс развития и трансформации возмущений, приводящих в конечном итоге к возникновению турбулентности. В конце области перехода находится зона, в которой возникают пятна Эммонса, увеличение числа и размеров которых способствует окончательной турбулизации потока. Этот процесс образования пятен Эммонса, приводящий к распаду ламинарного режима течения и формированию полностью турбулентного течения, в практических измерениях обычно связывают с понятием так называемой точки перехода . Однако механизм явлений, протекающих на этом завершающем этапе перехода, является наиболее сложным для понимания и пока недостаточно изучен [4.64, 4.65]. [c.285] На основе анализа процесса появления и развития пятен Эммонса приведем физическое обоснование [4.80] наблюдаемого в опытах возникновения низкочастотных пульсаций большой амплитуды, их роста и последующего затухания с наличием максимума в их распределении вдоль области перехода. Необходимо установить соответствие между последовательными стадиями развития пятен Эммонса и распределением пульсационных и осредненных параметров потока, что будет способствовать получению количественной оценки положения точки перехода , которая определяется опытным путем. [c.285] Для исследования выделим зону, в которой имеет место процесс образования трехмерных турбулентных пятен Эммонса. Если в некоторой точке этой зоны установить датчик для измерения мгновенных значений скорости потока, то по мере прохождения пятен Эммонса датчик будет регистрировать попеременно то ламинарный, то турбулентный режимы течения. Для количественной оценки такого рода перемежаемого течения используется понятие коэффициента перемежаемости 7, определяющего долю общего времени, в течение которого регистрируется только турбулентный режим течения. В практических измерениях значение 7 определяется путем интегрирования по времени функции перемежаемости /( ), формируемой таким образом, чтобы она была равна нулю при ламинарном течении и единице — при турбулентном. [c.285] что измеренные таким образом профили скорости существенно различаются между собой, причем наибольщее расхождение наблюдается вблизи обтекаемой стенки. Однако если в этой же точке зоны перехода установить инерционный датчик скорости с осреднением по длительному интервалу времени, то вместо двух профилей скорости, ламинарного и турбулентного, получим один осредненный профиль скорости, который занимает некоторое промежуточное положение между ними. [c.286] Из соотношения (4.77) видно, что суммарная пульсация скорости является результатом наложения двух разных физических процессов-пульсаций скорости относительно условно-осредненных значений и и 1/у (соответственно в зонах нетурбулентной и турбулентной жидкости) и чередования во времени самих значений (/л и У-г. Первому из этих процессов соответствуют два первых члена в правой части соотношения (4.77), а второму процессу — третье слагаемое. [c.288] Сравнение результатов расчета /( ) с опытными данными [4.66] на рис. 4.53 показывает, что расчетные кривые правильно отражают характерные особенности функций распределения при всех значениях х. Явно выраженный двухмодальный характер распределения свидетельствует о существовании устойчивых условно-осредненных значений скорости /л и С/т в зоне перехода. Поскольку разность условно-осредненных значений скорости ((/т — л) существенно больше амплитуд пульсаций скорости и и и, следовательно. [c.289] Уровень низкочастотных пульсаций скорости вблизи стенки, обусловленный разностью А(/ = С/т — Ул, зависит от коэффициента перемежаемости 7, при этом из (4.77) следует, что низкочастотные пульсации будут наибольшими в условиях равенства времен существования ламинарного и турбулентного режимов течения, т. е. в окрестности значения х, при котором 7 = 0,5 (см. рис. 4.52). [c.290] Отсюда следует, что точка зрения [4.68], согласно которой максимальное значение суммарной турбулентности потока должно соответствовать концу зоны перехода, где наблюдается максимальная частота пятен Эммонса, нельзя считать обоснованной. Заметим, что в опытах [4.68] измерения проводились в фиксированной точке на поверхности пластины, а положение этой точки относительно границ зоны перехода изменялось путем изменения единичного числа Рейнольдса Ре1м- В связи с этим можно считать, что увеличение частоты пятен Эммонса (и интенсивности измеряемых пульсаций скорости) к концу зоны перехода, по-видимому, обусловлено не столько приближением точки измерения к концу зоны перехода, сколько увеличением частоты протекания всех процессов с ростом числа Ре1 . [c.290] что в то время как средняя скорость потока С/ в зоне перехода на расстоянии у = 0,15мм от стенки монотонно возрастает по х (рис. 4.54а), распределение суммарной пульсации скорости ен имеет явно выраженный максимум при х 0,4 (рис. 4.546). При этом максимальный уровень ец намного превышает уровень турбулентности Ст = 0,15 в турбулентном пятне Эммонса. Этот результат согласуется с опытными данными [4.66, 4.69]. [c.290] В которых не наблюдалось максимума пульсаций в зоне перехода в том случае, когда из регистрируемого термоанемометром электрического сигнала устранялись низкочастотные составляющие пульсаций с помощью фильтра верхних частот. [c.291] если началом зоны перехода считать значение Жн, при котором измеренный профиль средней скорости начинает отклоняться от ламинарного профиля, а концом зоны перехода считать значение Жк, при котором измеренный профиль скорости становится полностью турбулентным, то за точку перехода (жтп) можно принять положение максимума пульсаций скорости вблизи обтекаемой стенки (или пульсаций поверхностного трения). [c.291] Таким образом, проведенный анализ показывает, что точка перехода может быть надежно и однозначно определена с помощью экспериментальных методов, позволяющих фиксировать максимумы пульсаций скорости вблизи стенки или пульсаций поверхностного трения. [c.291] Вернуться к основной статье