Турбулентность вихри

Известный шаг вперед по сравнению со всеми рассмотренными выше теориями представляет теория Харриота [31], хотя и она не дает адэкватного описания гидродинамической картины. Рассматривая массопередачу от твердой стеики к турбулентному потоку жидкости, Харриот исходит из представления о том, что не все турбулентные вихри, осуществляющие перенос растворенного вещества в глубь потока, могут проникать непосредственно на поверхность [c.175]

Наконец, микропотоки в объеме среды и вблизи кавитационных пузырьков становятся источниками акустической турбулентности. Особенность акустической турбулентности состоит в том, что при достижении размеров турбулентных вихрей характерных масштабов, зависящих от свойств среды, направление их распространения не зависит от направления течения потока, и частота вихреобразования постоянна и равна наивысшему значению [374]. [c.164]

Тур и Марчелло [231] рассматривали пленочную и пенетращюнную теории как крайние случаи процесса переноса, для которых в формулах коэффициента массоотдачи показатель степени при коэффициенте диффузии принимает предельные значения, равные 1 и 0,5, соответственно. Они считали, что в реальных условиях значения показателя степени могут колебаться между этими величинами. Предложенная ими пленочно-пенетрационная модель также основана на идее обновления поверхности турбулентными вихрями, но с более гибким учетом периода обновления. При малых временах пребывания вихря на поверхности процесс массопередачи нестационарен (пенетрационная теория), тогда как при больших временах успевает установиться постоянный градиент концентраций и наблюдается стационарный режим (пленочная теория). Для произвольных значений времен обновления модель учитьгеает оба механизма массопередачи — стационарный и нестационарный. Математическая формулировка пленочно-пенетрационной модели сводится к решению уравнения (4.12) при условии, что постоянное значение концентрации задается не на бесконечность, как в модели Хигби, а на конечном расстоянии от поверхности тела. Величина этого расстояния, как правило, неизвестна, и не указаны какие-либо надежные модели ее определения. [c.175]

Область промежуточных чисел Рейнольдса. Для течений, характеризующихся промежуточными значениями числа Рейнольдса, обычно возможны только экспериментальные исследования, позволяющие установить некоторые эмпирические соотношения. В настоящее время в связи с бурным развитием вычислительной техники существует тенденция ко все большей замене экспериментов численными расчетами. Основные усилия направлены на решение так называемых усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье — Стокса (см. 2.2.1) с использованием более или менее детальных моделей турбулентности. Конечной целью является численное решение полных временных уравнений Навье — Стокса, включая прямое численное моделирование крупномасштабных турбулентных вихрей. При этом модельное описание остается необходимым только для мелких вихрей, размер которых меньше шага разностной сетки. Предполагая, что существующие тенденции развития вычислительной техники сохранятся и в будущем, можно заключить, что к 1990 г. станут реальными расчеты течений с учетом турбулентных вихрей на сетке, состоящей из 10 —10 узлов [12]. [c.136]

Аппараты с продольным перемешиванием (одноразмерная модель с осевым перемешиванием, однопараметрическая диффузионная модель). Перемешивание в потоке может происходить даже в тех случаях, когда в аппарате нет сцециального перемешивающего устройства. Перемешивание может быть обусловлено встречными диффузионными потоками, различием скорости движения вещества в разных точках поперечного сечения конвекционного потока, появлением турбулентных вихрей . Так как строгий теоретический расчет всех эффектов в отдельности довольно сложен, принимают, что отклонение от потока идеального вытеснения вызывается встречным потоком, описываемым теми ше соотношениями, что и диффузионный, но величину D, заменяют эффективной величиной — коэффициентом продольного перемешивания DiL (его определение см. в главе П1). В этой модели учитывается и тепловой поток за счет теплопроводности. Расчет диффузионного (gio) и теплового (д ) потоков проводится по законам Фика и Фурье [c.57]

Точность, вносимая граничными условиями (VI.27), является, однако, обманчивой. Дело в том, что при их выводе предполагается, что диффузионная модель справедлива повсюду, в том числе и для процессов переноса на малых расстояниях. На самом деле, однако, не существует систем, в точности описывающихся уравнением конвективной диффузии (VI. 14) или (VI. 15) с постоянными значениями линейной скорости потока и коэффициента диффузии. В случае турбулентного потока в реакторе без насадки скорость потока почти постоянна по всему сечению аппарата (кроме тонкого слоя близ его стенки), однако коэффициент турбулентной диффузии является переменной величиной, увеличиваясь пропорционально расстоянию от стенки реактора. В ламинарном потоке перенос вещества осуществляется молекулярной диффузией, так что коэффициент диффузии постоянен. Однако основная причина случайного разброса времени пребывания в реакторе — сильное различие локальных скоростей потока на различных расстояниях от стенки аппарата. Наконец, в реакторах с насадкой, отклонение времени пребывания в реакторе от среднего знйчения вызывается образованием турбулентных вихрей в промежутках между твердыми частицами, разбросом локальных скоростей потока за счет неоднородности упаковки слоя и задержкой вещества в застойных зонах. Во всех этих случаях распределение времени пребывания в реакторе делается близким к нормальному, если длина аппарата достаточно велика, и только в этих условиях диффузионная модель становится пригодной для приближенного описания процесса. [c.211]

В. Пределы применимости феноменологических законов, определяемые турбулентностью. Другое ограничение применимости уравнений для потоков (4)—(6), содержащих молекулярные коэффициенты переноса Л, Й и т], обусловлено явлением турбулентности. Турбулентность в газах и жидкостях является результатом хаотического движения так называемых турбулентных вихрей, размер которых около нескольких процентов размера всей системы. Этот размер может быть порядка миллиметров в трубах теплообменника, сантиметров — в больн1их градирнях или даже метров — в атмосфере. В жидкостях и газах вихри возникают при больших скоростях течения, в трубах большого диаметра, позади препятствий и т. д. Критерием возникновения турбулентности служит критическое число Рейнольдса [c.72]

Результаты ряда работ [2, 43, 44] свидетельствуют об отклонении (в сторону завышения) экспериментальных значений коэффициентов продольного перемешивания и рециркуляции для колонн малых диаметров (Dk IOO мм) от значений, соответствующих эмпирическим уравнениям, полученным для колонн больших диаметров. Можно предположить, что в колоннах больших диаметров (Z)k>100 мм) циркуляция жидкости между секциями в основном вызывается перемещением турбулентных вихрей из секции в секцию вследствие турбулентной диффузии. В колоннах же малых диаметров из-за маленькой ширины сек- [c.166]

Вероятность проникновения турбулентных вихрей к подвижной границе раздела, несомненно, должна возрастать с уменьшением поверхностного натяжения этой границы. Поэтому в системах с достаточно малым поверхностным натяжением не исключена возможность турбулизации слоев, непосредственно прилегающих к межфазной поверхности, особенно в случае противотока газа. [c.183]

Вблизи от стенки трубы интенсивность турбулентных вихрей-уменьшается и пограничный слой на стенке должен быть в значительной части ламинарным. Кроме того, число точек контакта [c.127]

Существенный вклад в изменение поверхности раздела фаз вносят различия в динамическом напоре турбулентных вихрей в отдельных точках межфазной поверхности. Деформации могут быть настолько велики, что граница раздела разрывается и частица может раздробиться (ДРа — дробление кристаллов) на более мелкие частицы (дуга 23). Изменение поверхности по границе раздела фаз связано также непосредственно с переносом массы (дуга 20), так как рост кристалла сопровождается увеличением поверхности. [c.9]

На основании данных наблюдений [229, 307] и имеющихся в литературе обобщений [2, 103, 321] механизм пылеулавливания при пенном режиме можно представить следующим образом. Основным препятствием, затрудняющим доступ высокодисперсных частиц к поверхности осаждения, является пограничный газовый слой, в котором затухают турбулентные пульсации потока. Преодоление пылинкой пограничного слоя происходит за счет инерции, приобретенной в момент выброса частицы из турбулентного вихря в пограничный слой [352, 353]. [c.162]

Весьма важным для установления границ аналогии является характер движения частиц в нсевдоожиженном слое. В термостатированной капельной жидкости ее состояние определяется пульсационным движением молекул. В однородном псевдоожиженном слое механизм диффузии твердых частиц подобен молекулярному . При псевдоожижении газом твердые частицы также совершают нульсационные перемещения , но с увеличением скорости газа начинает доминировать движение не отдельных частиц, а их агрегатов > , что аналогично движению турбулентных вихрей в капельной жидкости. Вихревой механизм переноса в нсевдоожиженном слое обусловлен движением газовых пузырей и граничными эффектами. Вблизи поверхностей и деталей (даже в отсутствие пузырей) нарушается равномерность распределения скоростей ожижающего агента и возникает направленная циркуляция твердого материала, аналогично конвективным токам в нетермостатированном сосуде с капельной жидкостью. Следует подчеркнуть, что граничные эффекты в псевдоожиженном слое выражены резче, чем в капельной жидкости. [c.495]

Изучение движения твердых частиц в окрестностях колпачковых элементов типа 1, в обнаружило характер циркуляции, аналогичный описанному выше и приведенному на рис. Х1Х-14. Особое внимание в этом исследовании было уделено движению твердых частиц в присутствии различных преград, создающих возмущения газового потока на входе в слой. Было установлено, что прокладки и опоры, расположенные близко к точке ввода газа в слой, вызывают турбулентные вихри, увлекающие частицы [c.708]

Аппараты с продольным перемешиванием. Перемешивание в потоке может иметь место даже в тех случаях, когда в аппарате нет специального перемешивающего устройства. Перемешивание может быть вызвано встречными диффузионными потоками, различием скорости движения вещества в разных точках поперечного сечения конвекционного потока, появлением турбулентных вихрей . Так как строгий теоретический расчет всех эффектов в отдельности довольно сложен, принимается, что отклонение от потока идеального вытеснения вызывается встречным потоком, описываемым теми же соотношениями, что и диффузионный, но величина заменяется эффективной величиной — коэффициентом продольного перемешивания /),х- [c.99]

Суш ественный вклад в деформацию границы раздела фаз вносят различия в динамическом напоре турбулентных вихрей в отдельных точках межфазной поверхности. Деформации могут быть настолько велики, что граница раздела разрывается и включение дробится (дуга 41) на более мелкие элементы (ДРг)- Дробление может происходить лишь под действием относительно малых по величине вихрей. В случае крупномасштабных вихрей, которые не изменяются на расстояниях порядка диаметра включения, вероятность сильных деформаций и дробления уменьшается. [c.28]

В несколько ином варианте теории обновления, предложенном Данквертсом [18], механизм диффузии в элементе, находящемся в непосредственйом контакте с газом, предполагается чисто молекуляр 1ым. Кроме того, вводится понятие вероятности смены каждого элемента жидкости новым элементом (принесенным турбулентной пульсацией), или спектра времени пребывания жидких элементов на поверхности. Однако предложенный Данквертсом экспонендиаль-ный вид этого спектра, хотя и основан на разумном представлении о статистической независимости турбулентных вихрей, проникающих непосредственно на поверхность, во-первых, не учитывает того факта, что не все пульсации проникают на поверхность, и, во-вторых, содержит тот же самый неопределенный пара- м етр — период обновления Дт, к которому теперь уже добавляется второй неопределенный параметр, характеризующий спектр времени пребывания. Наиболее отчетливо смысл величины Дт выступает в работе Ханратти [19], в которой сделана попытка описать в рамках теории обновления Опытные данные по массооб-мену между турбулентным потоком и твердой стенкой. Это достигается путем использования Дт в качестве подгоночного параметра. Кроме того, Ханратти без всякого обоснования предлагает следующую обобщенную формулу для спектра времени пребывания Ф(т)йг = Л ехр (—T/At) dT, где т —время контакта, [c.173]

При осаждении в маловязкой среде сравнительно крупные частицы приобретают относительно большую скорость, и тогда сопротивление среды проявляется в основном в образовании турбулентных вихрей трение играет подчиненную роль, и его величину не учитывают. Такое осаждение называют происходящим в турбулентном режиме (рис. ХП-2, б). [c.362]

Осаждаются относительно крупные капли (d > 0,1 мм) в среде, в которой силы грения незначительны и основную роль играют силы инерции, под действием которых образуются турбулентные вихри за частицей. [c.69]

Фиг. 2.11 иллюстрирует сложность этого процесса во многих реальных системах. Слева (а) показаны два типичных агломерата, столкновение которых происходит за счет различных скоростей скольжения их по отношению к окружающей жидкости. Относительная скорость таких частиц может быть следствием разных причин, например их различной массы, конфигурации агломератов или предыстории их движения в турбулентном вихре и др. Относительное движение частицы в несущей среде может быть вызвано электростатическим зарядом, турбулентностью и, [c.54]

Этот процесс продолжается до тех пор, пока для вновь образовавшихся вихрей диссипируемая ими энергия не будет примерно равна их кинетической энергии. Подобные вихри постепенно затухают, расходуя всю свою энергию на преодоление вязкого трения, т. е. превращая ее в тепло. Размер такого минимального гипотетического вихря назы-. вается внутренним масштабом турбулентности и обозначается Если турбулентный вихрь представить как некоторое локализфванное за счет его движения образование жидкости сферической формы, а масштаб вихря принять за диаметр этого шарика , то для вихря масштаба X можно ввести понятие числа Рейнольдса по аналогии с этим числом для движущейся сферы [c.177]

Перенос тепла тоже разделяется по фазам твердая фаза с прослойками (застойные зоны и точки соприкосновения зерен, в которые проникают турбулентные вихри основного потока) и газовая фаза основного потока. При использовании двухфазной модели каждой точке пространства (слоя) должны соответствовать два набора концентраций и температуры для каждой фазы, при этом необходимо учесть процессы переноса между фазами. Процессы переноса характеризуются эффективными коэффициентами, , А. , А.,., О , ст> ст, ск в слое и эРз у поверхности зерна катализатора. [c.169]

Понимая, что теория проницания в своем первоначальном виде непригодна для описания массообмена при турбулентном движении фаз, Коларж [29, 30] предпринял попытку связать время контакта т с характеристическими параметрами турбулентности в потоке, обтекающем твердую поверхность. Основной постулат теории Коларжа состоит в допущении, что перенос массы и тепла с твердой поверхности в объем лимитируется сопротивлением турбулентных пульсаций масштаба Яо, равного внутреннему масштабу турбулентности (т. е. такому критическому размеру турбулентных пульсаций, при котором начинают сказываться вязкие силы). Если предположить, что турбулентные вихри масштаба вплотную подходят к стенке и что перенос внутри таких вихрей осуществляться посредством нестационарной молекулярной диффузии, то для коэффициента массоотдачи получится выражение [c.175]

Структуру турбулентного потока можно представить в виде совокупности турбулентных вихрей различного размера, или, как часто говорят, масштаба. Крупномасштабные вихри, обладающие значительной кинетической энергией, являются неустойчивыми образованиями и распадаются на более мелкие, распределяя между ними свою кинетическую энергию. За время жизни крупномасштабного вихря только незначительная часть его энергии расходуется на трение, ос-новная же часть передается более мелкомасштабным вихрям, которые в свою очередь также могут дробиться с образованием более мелких вихрей и т. д. Таким обазом, в турбулентном потоке идет непрерывная перекачка энергии от крупномасштабных вихрей к более мелким. [c.176]

При осаждении в маловязкой среде сравнительно крупных частиц, приобретающих относительно большую скорость, сопротивление среды проявляется в основном в образовании турбулентных вихрей (рис. 13.2,6), что отразкопо в ураппоипи, вытекающем из закона Ньютона, присутствием удельного веса среды и квадратичной зависимостью сонро-тивления от скоростного напора трение играет под-чинепную роль и не учитывается. В соответствии с терминологией гидравлики, такое осаждение называют происходящим в турбулентном режиме. Для очень малых частиц, имеющих малую скорость, или при [c.321]

Ю.А. Кныш предлагает рассматривать турбулентный вихрь как автономную динамичную систему, с присущими ему свойствами элементарного потенциального вихря, подчиняющегося законам сохранения энергии, неразрывности и циркуляции. Для определенности элементарный вихрь представим себе в виде замкнутого тороидального кольца. В момент образования такой вихрь аккумулирует в себе некоторый запас кинетической энергии . Предполагается образование турбулентных вихрей на границе раздела вынужденного и свободного вихрей. Образовавшиеся турбулентные вихри диффундируют к центру и к периферии под влиянием сил взаимодействия друг с другом и основным потоком. В периферийной области такой вихрь сжимается, угловая скорость его вращения увеличивается. В результате работы сил вязкости энергия вращения вихря превращается в тепло. В осевой области турбулентный вихрь увеличивается в размерах, угловая скорость его вращения падает. Вихрь разрушается и передает свою энергию окружающему газу, что объясняет и квазитвердое вращение потока. [c.24]

Действительно, наличие частиц в газовом потоке уменьшает турбулентность самого потока за счет частичной диссипации энергии турбулентных вихрей, омывающих частицу. Следует предви- [c.32]

Если частица находится в газе, испытывающем сдвиговую деформацию, то она приходит во вращение. Хотя скорость сдвига в турбулентных вихрях может быть большая, этот эффект часто самокомпенсируется и незначительно влияет на вращение частиц. Это является следствием случайной природы турбулентности. Поток вблизи стенки является исключением из этого правила. [c.37]

О. Образование вихря в параллельном потоке. Вибрация при аксиальном или параллельном течении является результатом развития вихрей вдоль длины трубы. В ядерных реакторах и связанных е ними теплообменниках иногда возникают вибрации этого типа. Обычрю они имеют длинные безопорные пролеты труб, относительно узкие меж-трубные проходы и очень высокие аксиальные скорости. Метод, приведенный в [23], позволяет определить частоту турбулентного вихря, инициированного потоком, движущимся параллельно трубам, который может возбудить вибрацию труб на частотах собственных колебаний. Метод позволяет вычислить амплитуду вибрации в середине пролета с использованием экспериментального значення критической скорости. В большинстве промышленных кожухотрубных теплообменников вибрация, обусловленная 0 [c.326]

Отдельные примеры подобных процессов были известны и ранее. Это образование ячеечной структуры в неоднородно нафетом горизонтальном слое жидкости, возникновение турбулентности, вихрей и т.д. С конца пятидесятых годов нелинейные самоорганизующиеся процессы были открыты и в химии. Наиболее типичными примерами здесь стали осциллирующие каталитические реакции. [c.350]

Из фиг. 8.2 видно, что Fu(k) k l в диапазоне 0,1<й<5 для измерений, проведенных наиболее близко к -стенке при y/D — 0,0041. Это безразмерное расстояние от стенки рассчитано по закону стенки yu /v 100. Хотя, располагая столь ограниченными данными, трудно проводить точные оценки на больших расстояниях от стенки, чем показано на фиг. 8.2, масштабы времени вихрей, связанных с порождением энергии турбулентности, как и следовало ожидать, здесь существенно больше. Однако, как можно заметить из фиг. 8.3, максимальная скорость порождения энергии турбулентности значительно ближе к стенке, где yu /v = 11,5. Здесь более энергосодержащие порождающие энергию турбулентности вихри имеют значительно меньший масштаб времени. [c.280]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология