Турбулентный поток в трубе толщина пограничного слоя

Переход в трубе к турбулентному движению начинается уже вблизи входа в нее. Если на входе созданы условия, предотвращающие отрыв потока, то толщина пограничного слоя возрастает до величины радиуса трубы. В этом случае величина критического числа Рейнольдса увеличивается. Если входная часть имеет острые кромки, поток отрывается вблизи входа в трубу при этом в некоторых случаях образуются вихри упорядоченной структуры и критическое число Рейнольдса уменьшается. При незначительной начальной турбулентности большую роль играет шероховатость труб. Механизм перехода наглядно виден на рис. 5 [3]. Снимки сделаны для свободного конвективного движения около вертикально поставленной на- [c.124]

В [44] рассматривается двумерный турбулентный релаксирующий пограничный слой вниз по потоку от области присоединения оторвавшегося потока, формирующегося позади двумерного препятствия высотой Л, установленного на плоской стенке трубы. Толщина пограничного слоя в месте расположения [c.286]

С. Перепад давления в пучках оребренных и шероховатых труб. Перепад давления в пучках оребренных труб является функцией их геометрических характеристик (см. рис. 2). Профили скорости и толщины пограничных слоев около труб зависят от перечисленных на этом рисунке параметров и, конечно, от свойств жидкости и скорости ее течения. Структура потока в окрестности первого ряда труб существенно отличается от структуры, реализующейся во внутренней части пучка. Для внутренней части характерна высокая степень турбулентности потока как в межтрубном, так и п межреберном пространствах. В первых двух рядах отрыв пограничного слоя, после которого формируется рециркуляционная зона, наступает при 0 90° (см. рис. 1). Влияние турбулентности на отрыв пограничного слоя проявляется начиная с третьего илн четвертого рядов. Сравнение с трубами первого и второго ряда показывает, что для внутренних труб точка отрыва сдвигается вниз по потоку, а циркуляционная зона становится меньше по объему и усложняется по структуре. Чем меньше высота ребра к и чем больше расстояние между ребрами, тем больше течение около сребренной трубы напоминает течение около гладкой трубы. И наоборот, чем выше ребра и чем ближе они расположены друг к другу, тем больше течение напоминает течеиие в щели. [c.149]

В результате образования капель жидкости и конденсации на них пара возрастает диффузионный поток пара от турбулентного ядра к поверхности конденсации. При турбулентном движении газа образующиеся капли не проникают из пограничного слоя в турбулентное ядро, а осаждаются в результате термофореза, диффузиофореза и стефановского течения на поверхности трубы. При турбулентном потоке, где Re>10000 (случай, представляющий наибольший практический интерес) толщина пограничного слоя очень мала [c.156]

ТОЛЩИНА ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ, ДВИЖУЩЕМСЯ ПО ТРУБЕ [c.345]

При турбулентном режиме вследствие пульсационных движений изменение скорости по сечению менее ощутимо. Однако и в этом случае у стенок трубы движение носит ламинарный характер. Толщина ламинарного пограничного слоя зависит от средней скорости потока. В ядре потока максимальная скорость может превышать среднюю приблизительно в 1,15—1,20 раза. [c.89]

Опытами установлено, что в трубах при Re<2300 режим течения потока ламинарный, а при больших значениях в связи с накоплением инерционных ил происходит скачкообразный переход к турбулентному режиму течения, причем толщина остающегося ламинарного пограничного слоя уменьшается по [c.12]

Вблизи стенки пульсации скорости уменьшаются, и при турбулентном движении всей основной массы жидкости около стенки сохраняется тонкий пограничный слой, движущийся ламинарно. В пределах этого слоя толщиной порядка 1 % радиуса трубы скорость жидкости резко меняется от нуля на поверхности стенки до 0,3—0,7 средней скорости на условной границе с турбулентным потоком. [c.25]

Но и при турбулентном движении (рис. 6-10,6) в очень тонком граничном слое у стенок трубы движение носит ламинарный характер. Этот слой толщиной 8 называется ламинарным пограничным слоем. В остальной части (ядре) потока, вследствие перемешивания жидкости, распределение скоростей более равномерно, чем при ламинарном движении, причем и/ср. = 0,85 даш х- [c.143]

При турбулентном режиме (см. с. 41) в очень тонком пограничном слое толщиной б у стенок трубы движение носит ламинарный характер. В остальной части (ядре) потока вследствие перемешивания жидкости скорости распределяются более равномерно, чем при ламинарном движении (см. рис. 25), и И1>ср 0,85 хшо. [c.48]

Жидкость поступает в трубу ламинарным потоком с равномерным распределением скорости и с таким расходом, что Ке > >> 2100. Это условие может выполняться при скругленном входе. У входа образуется ламинарный пограничный слой, который переходит в турбулентный на критическом расстоянии, как это было уже описано в гл. 12 для случая обтекания плоской пластинки. Толщина турбулентного пограничного слоя возрастает с увеличением расстояния от входа, пока он не заполняет всю трубу, образуя турбулентное ядро и ламинарный подслой на стенке. Дальше течение во всех отношениях тождественно течению, которое развилось бы при турбулентном потоке на входе. Такой характер течения отражается на значениях местного коэффициента теплоотдачи, который уменьшается от бесконечности у входа до некоторого минимального значения в критической точке, где ламинарный пограничный слой сменяется турбулентным. Возле этой точки коэффициент теплоотдачи возрастает на коротком участке, [c.326]

Различают ламинарный и турбулентный характеры движения вязкой жидкости. В ламинарном потоке результирующая скорость каждой частицы соответствует струйному движению и, например, в прямой трубе параллельна оси потока в сечении потока векторы скорости образуют параболоид вращения. При турбулентном потоке каждая из частиц описывает сложные траектории, струи завихрены кроме квазистационарного главного движения вдоль оси потока, имеются поперечные беспорядочные движения. Скорость главного движения в большей части сечения примерно одинакова и близка к средней скорости. У стенки образуется тонкий пограничный ламинарный слой, толщина которого уменьшается с увеличением скорости, Переход от ламинарного характера движения к турбулентному определяется значением критерия Рейнольдса так, например, при движении газа в гладких трубах обычно за переходное критическое значение принимается Не=2 300 меньшие значения Не соответствуют ламинарному потоку, большие — турбулентному. Действительное значение критического числа Не зависит от многих трудно учитываемых факторов (возмущение потока местными сопротивлениями, шероховатости трубопровода и пр.) при значениях [c.230]

Ламинарное движение наблюдается при малых скоростях, турбулентное — при больших. Однако при турбулентном режиме движения у стенки трубы всегда остается ламинарный пограничный слой, который значительно снижает интенсивность теплоотдачи. Толщина этого слоя зависит от физических свойств жидкости и екорости ее движения. С повышением скорости движения увеличивается турбулентность потока, уменьшается толщина пограничного ламинарного слоя, ускоряется интенсивность теплоотдачи. [c.146]

Это предположение подтверждается следующими экспериментальными фактами. Во-первых, профиль скорости в пограничном слое на стенках прямолинейных участков цилиндрических труб такой же, как и профиль скорости на плоской пластине, независимо от того, какое течение — ускоренное или замедленное — предшествовало течению около прямолинейного участка трубы. Во-вторых, профиль скорости над точкой отрыва в турбулентном пограничном слое несжимаемой жидкости не зависит от параметров течения во внешнем потоке до точки отрыва. Универсальность отрывного профиля нри различном характере течения до сечения отрыва также говорит о том, что можно пренебречь влиянием внешнего потока вне небольшой окрестности рассматриваемого сечения. Наконец, опыты но исследованию взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем непосредственно показывают, что заметные изменения в пограничном слое происходят лишь на расстоянии, равном всего nei KonbKHM толщинам пограничного слоя. Следовательно, даже очень сильное изменение давления во внешнем потоке, вызванное скачком уплотнения, влияет на характер течения в пограничном слое впереди скачка уплотнения лишь в малой окрестности. [c.332]

Кривая распределения ско рости в области гидравлически стабилизированного потока для Ке= 1 00000 хорошо описывается формулой (6-32), если вместо толщины пограничного слоя подставить радиус г Это соответствует гипотезе, что пограничный слой смыкается по оси трубы. В этом случае обозначает скорость движения по оси. Справедливо также уравнение (6-33) для определения напряжения трения у поверхности плиты и уравнение (6-36) для определения скорости движения на границе между турбулентным пограничным слоем и ламинарным подслоем. Последний образуется в трубах так же, как и на поверхности плит. Если в упомянутых уравнениях радиус г заманить диаметром й и скорость средней скоростью и , интеприро ванием уравнения (6-32) находим, что Um= Щus, то получим следующие соотношения, которые будут использованы нами позже [c.197]

При ламинарном режиме движения жидкости (для труб при Re < 2320) коэффициент трения практически не зависит от шероховатости поверхности, поскольку относительная шероховатость A/R (R — радиус трубы) при A/R С 1 мало влияет на профиль скоростей. При турбулентном режиме движения влияние шероховатости определяется соотношением размеров выступов Д и толщины вязкого подслоя бв- Если бв > Д, то жидкость в вязком подслое обтекает выступы и шероховатость практически не сказывается на значении X. Если же Д л бв или Д > бв, то выступы турбулизируют вязкий подслой и необходим дополнительный расход энергии на вихреобразование. Поскольку на начальных участках трубы по ходу потока имеется ламинарный пограничный слой, влияние шероховатости на начальных участках трубы относительно мало и в наибольшей мере сказывается в области развитого турбулентного режима. Согласно (II. 89), толщина вязкого подслоя уменьшается с увеличением значения Re (напряжение на стенке Отст при этом увеличивается). Следовательно, влияние шероховатости возрастает с повышением значения критерия Re. При больших Re влияние шероховатости превалирует над влиянием обычного вязкого трения. В связи с этим при турбулентном режиме движения различают область гладкого трения, в которой X зависит только от Re и не зависит от шероховатости поверхности, область смешанного трения, в пределах которой оказывают влияние оба фактора, т. е. X зависит и от Re и от шероховатости, и область шероховатого трения, или автомодельную, в которой X определяется только шероховатостью и не зависит от Re. [c.190]

Уравнение аналогично уравнению (1.23). Исследования показали, что при напорном движении жидкости в любом канале толщина гранич-ного слоя приближенно Б = 0,18Л, т.е. чем меньше расстояние между стенками, тем тоньше пограничный слой. Даже при наличии значительных возмущений эпюра скоростей в пограничном слое близка к пря-мо1 , поэтому переход тепла через пограничный слой происходит в основном путем теплопроводности и, естественно, что количество передаваемого тепла пропорционально 8/А. Кроме того, из рис.1.9 видно, что поле скоростей по сечению канала имеет вид параболы, поэтому в турбулентном ядре потока не происходит мгновенного нагревания жидкости, и помимо переноса тепла за счет турбулентного перемешивания существует сопутствувщий процесс перехода тепла путем теплопроводности. Видимо, эти два фактора и определяют эффект теплообмена в тонком текущем слое. Разумеется, что эффект теплообмена может быть установлен только при одних температурных условиях и одной скоро -сти движения жидкости. Этот эффект легко установить, пользуясь уравнениями (Ш.17) и (111.19). Однако есть второй фактор, способствующий теплообмену в тонком слое. Из уравнения (Ш.17) видно, что чем меньше расстояние между стенками Л, тем короче длина канала,меньше поворотов и меньше гидравлические потери. Из уравнения (111.26) ясно, что основная ча сть напора расходуется на преодоление местных сопротивлений. Для трубы / = а ти зк =, следовательно,потеря напора по длине канала не зависит от расстояния между стенками. Но чем меньше Л, тем короче канал и меньше поворотов, меньше общая потеря напора. Этот вывод относится, только к поточным теплообменникам, в которых длина канала зависит от температурных условий. Толщина пограничного слоя зависит от / ъ ш. Эти два параметра и определяют размеры поточного теплообменника, что наглядно показано на рис.Ш.10. На нем приведены четыре расчетных варианта, отмеченных цифрами I, 2, 3, 4. Результаты расчета приведены в табл.1. [c.67]

Теплоотдача при выпуждеппом поперечном обтекании труб. Для того чтобы лучше понять зависимость коэффициента теплоотдачи от гидродинамических условий обтекания теплоносителем наружной поверхности труб. При поперечном обтекании трубы на лобовой части ее поверхности образуется ламинарный пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается (рис. 3). При обтекании лобовой части трубы сечение потока уменьшается, скорость жидкости увеличивается, а давление у поверхности падает. В кормовой части трубы давление увеличивается, так как скорость уменьшается скорость жидкости в пограничном слое также снижается, а начиная с некоторого сечения частицы движутся в обратном направлении, образуя вихри, которые периодически отрываются с поверхности трубы и уносятся потоком. При этом соответственно изменяется значение локального коэффициента теплоотдачи по поверхности (окружности) трубы (рис. 3, в, г). Максимальное значение на лобовой образующей трубы, где толщина пограничного слоя мала. Затем коэффициент теплоотдачи снижается за счет увеличения 3 . Такой режим наблюдается при Ке до 2 10 . При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса (при Ке > 2-10 ) ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный, и точка отрыва перемещается в кормовую сторону трубы. [c.14]

В ядре потока движение является развитым турбулентным. В турбулентном пограничном слое происходит переход турбулентного движения в ламинарное. В вязком подслое под действием сил -1рсния движение приближается к ламинарному и возрастает значение молекулярной диффузии. Однако на большей части толщины вязкого подслоя преобладает турбулентная диффузия. Лишь в самой глубине вязкого подслоя, внутри тонкого диффузионного подслоя, непосредственно примыкающего к самой стенке трубы, молекулярная диффузия становится преобладающей. [c.74]

В статье [12] высказаны также соображения по механизму процесса теплообмена при кипении воды в трубах. Автор правильно считает, что основной причиной интенсификации теплообмена является разрушение ламинарного пограничного слоя образующимися на поверхности нагрева пузырьками пара, а также турбулентными пульсациями и, по-видимому (при еще более высокой интенсивности теплообмена), пока еще мало изученными кавитационными явлениями. Это разрушение пограничного слоя становится более интенсивным с ростом частоты образования пузырьков и числа центров парообразования, т. е. с увеличением теплового потока. Так как эти явления происходят на поверхности нагрева, то разрушение пограничного слоя представляет собой очень сложный процесс. Однако увеличение скорости основного потока никогда не приводит к полному разрушению пограничного слоя, а лишь уменьшает его эффективную толщину. Поэтому скорость в некоторых случаях менее существенно влияет на коэффициент теплоотдачи, чем тепловой поток. При увеличении турбулизации ядра потока увеличивается массообмен через ламинарный слой и возрастает интенсивность теплообмена. В связи с этим автор вводит в свое уравнение параметр ш/шкр. где аНкр.— критическая скорость, соответствующая переходу в трубах ламинарного потока в турбулентный. Введение этой величины обусловлено тем, что массообмен при ламинарном движении пренебрежимо мал, а следовательно, незначителен и теплообмен. Богданов ввел также в критериальное уравнение число Не, число Рг, отношение давлений р/ра и после обработки своих данных получил следующее соотношение [c.54]

В отличие от ламинарного потока, характеризующегося, как уже отмечалось, параллельно-струйчатым, или слоистым, движением жидкости, при турбулентном режиме частицы последней движутся по сложным и разнообразным траекториям, соударяясь друг с другом и со стенками трубы или канала. В каждой точке турбулентного потока происходит беспорядочное изменение скорости во времени (колебание, пульсация), но ее среднее значение в данной точке при установившемся движении постоянно. Структуру турбулентного поюка представляют схематически так (рис. 1-8, б). Непосредственно у омываемой стенки располагается тонкий пограничный слой (толщиной б), который движется ламннарно. Вся остальная масса жидкости образует турбулентное ядро потока. В каждой из этих зон средине скорости частиц возрастают по мере удаления от стенки, но в различной степени. На это указывает то обстоятельство, что гидравлическое сопротивление (потерянный напор к ), как показали опыты Рейнольдса, растет при ламинарном режиме пропорционально средней скорости потока т, а при турбулентном — пропорционально (в шероховатых трубах ш ). [c.40]

Аналогия между переносом массы, тепла я механической энергии (количества движения). Сопоставляя рис.. УП-8 и Х-5, можно заметить принципиальное сходство между профилями изменения скоростей, температур и концентраций. Это указывает на то, что в определенных условиях существует аналогия между механизмами переноса массы, тепла в механической энергии. В ядре турбулентного потока, движущегося внутри трубы (канала), при перемешивании под действием турбулентных пульсйций происходит выравнивание скоростей частиц, а в процессах тепло- и массопереноса — выравнивание соответственно температур и концентраций. В пределах же пограничного подслоя, где действие турбулентных пульсаций становится пренебрежимо малым, наблюдается резкое падение скоростей, а также -температур и концентраций. При этом в общем случае толщины гидродинамического, теплового и диффузионного пограничных подслоев не одинаковы. Их толщины совпадают, когда равны величины кинематической вязкое V, коэффициента температуропроводности а и коэффициента молекулярной диффузии О. Как известно, значениям а п Е> пропорциональны соответственно количества переносимых массы, тепла и механической энергии в пограничном слое. Таким образом, аналогия между указанными процессами соблюдается при условия, что = а — О. [c.404]

Интересно еще качественно сравнить формулы для распределения концентраций и диффузионных потоков при ламинарном и турбулентном режиме течения. При турбулентном режиме толщина диффузионного подслоя весьма мала по сравнению с толщиной ламинарного пограничного слоя. Соответственно этому закон распределения концентрации с расстоянием от твердой стенки, вырамсаемый формулами (25,12) и (25,13), приводит к весьма резкому изменению концентрации вблизи стенки. На расстояниях, превышающих толщину концентрация практически слабо зависит от расстояния до стенки (в соответствии с формулой (24,11)), Таким образом, при переходе от ламинарного течения к турбулентному распределение концентрации в зависимости от расстояния должно становиться более крутым. Крутизна распределения должна быстро возрастать с увеличе/1нем числа Рейнольдса турбулентного потока. Последнее утверждение лучше всего иллюстрируется фотографиями, приведенными на рис. 28 и 29. Фотографии эти, заимствованные из цитированной выше работы Лина, Мультона и Патнэма, представляют интерферометрическое измерение распределения концентрации вблизи электрода, обтекаемого турбулентным потоком. Электрод представлял часть стенки трубы, через которую прокачивался раствор. Первая фотография относится к числу Рейнольдса Re==2000, вторая — к Re = 7200. [c.156]

Коэффициент искусственной турбулизации потока является значительным фактором только при перемешивании жидкости мешалкой или среза пограничного слоя лопастью.В этих случаях (5 = 4.Закручивание потоков в трубах,гофрирование стенок,внезапные сужения и расширения канала.винтовые вставки и пр. не только не оказывают существенного влияния на а, а часто,наоборот,ухудшают теплообмен. Основным и важнейшим фактором,определяющим интенсивность перехода тепла от стенки в ядро потока,являетея заторможенный у стенки слой жидкости с малой скоростью движения в направлении оси х. Толщина этого слоя составляет доли миллиметра,и искусственное возмущение в ядре потока нескоиько увеличивает турбулентные пульсации в заторможенном слое,но не снижает его толщину.При внезапных сужениях и расширениях канала,а также при гофрировании стенок возникают обратные токи,застойные зоны и явления кавитации. [c.53]

При входе потока в трубу наблюдается некоторое увеличение а, так как пограничный слой достигает нормальной толщины только на некотором расстоянии от входа (рис. 3-74). Отдельные исследователи рекомендуют учитывать это влияние непосредственно в расчетных формулах для а, например Крауссольд [65] предлагает для вынужденного турбулентного потока формулу, содержащую симплекс ( 1 в очень низкой /Ламинарный пограничный слой степени [c.281]

Турбулентный режим (от латинского слова турбулентус — вихревой) наблюдается при больших скоростях. Частички жидкости движутся беспорядочно по пересекающимся направлениям. Однако в каждый момент имеется некоторое распределение скоростей, определяющее движение частиц жидкости вдоль оси потока. В каждой точке потока происходят пульсации скорости относительно некоторой средней величины. Профиль распределения скоростей становится более плоским по сравнению с ламинарным режимом (см. рис. 1-11). Однако и при турбулентном режиме в прилегающем к стенке трубы слое жидкости толщиной б движение носит ламинарный характер. Скорость жидкости по толщине этого слоя распределяется практически по линейному закону. Указанный слой называется ламинарным пограничным слоем. [c.43]

Куч и Херрстром [11] вводили тонкую струйку краски по оси стеклянной трубы, через которую турбулентно протекала вода, и обнаружили, что в результате турбулентности краска быстро перемешалась с водой, как и в классических опытах Рейнольдса. Вторая струйка краски, одновременно пускавшаяся вблизи стенки, не размывалась, что указывает либо на ламинарный характер потока вблизи стенки, либо на то, что вихри, если они даже и существуют, оказываются слишком слабыми для того, чтобы размыть струйку краски. Данный эксперимент указывает на значительную турбулентность по оси и отсутствие заметной турбулентности вблизи стенки. Обычно считается, что толщина АВ переходного или пограничного слоя переменна во времени вследствие более или менее периодического образования вихрей. Однако средняя во времени толщина пограничной зоны имеет устойчивую величину. [c.210]