Неустойчивость ламинарных течений

Случай Сг = О соответствует нейтральным колебаниям и кривая i(a, к) = 0 в плоскости а, Я отделяет область неустойчивости ламинарного пограничного слоя от области устойчивости. Эта кривая называется нейтральной. Наименьшее число Рейнольдса на нейтральной кривой является критическим числом Рейнольдса для данного течения. При числах Рейнольдса, меньших критического, возмущения любой длины волны затухают. При числах Рейнольдса, больших критического, имеются возмущения с определенной длины волны, которые нарастают. [c.311]

В конечном счете турбулентность является результатом чувствительности ламинарного течения к воздействию естественно возникающих возмущений. Часто источником таких возмущений становятся внешние вибрации. Колебания тепловыделения нагреваемой поверхности также вносят возмущения в поток. Все эти возмущения могут вноситься в поток в любом месте и в различные моменты времени. Они возрастают по амплитуде под действием выталкивающих сил, сил давления и вязкости, соотношение между которыми зависит от условий, связанных с величиной выталкивающей силы, расположением рассматриваемой области и т. д. Однако механизмы этого процесса различны для разных течений и граничных условий. Также могут различаться и механизмы, вследствие которых первоначальная неустойчивость ламинарного течения вызывает переход к полностью развитому турбулентному течению. Все эти вопросы рассматриваются в следующих разделах данной главы. [c.5]

Светлыми значками обозначены частоты возмущений, измеренные в неустойчивом ламинарном течении частично или полностью зачерненными значками обозначены частоты возмущений, измеренные в области перехода при ламинарном режиме течения. [c.18]

Изменение закона сопротивления и величины его при переходе от ламинарного режима течения к турбулентному дает возможность определить значение критического числа Рейнольдса Опыты показывают, что в трубах Rй 2000. Однако, как выяснилось, не является вполне определенным числом. Так, уменьшая влияние всякого рода механических и тепловых воздействий на поток, в трубах удавалось осуществить ламинарное течение при числах значительно превышающих критическое. Отсюда видно, что причиной возникновения турбулентности является неустойчивость ламинарных течений по отношению к возмущениям потока, производимым внешними воздействиями. Правильность такого вывода вполне подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями устойчивости ламинарных течений. [c.77]

Неустойчивость ламинарных течений. Стационарные решения различных задач о движении вязкой жидкости формально существуют при любых числах Рейнольдса [76]. Однако реально могут осуществляться лишь течения, обладающие устойчивостью по отношению к возмущениям, всегда присутствующим в потоке. Математически обычно исследуют устойчивость движения по отношению к бесконечно малым возмущениям. Для этого на стационарное решение уравнения Навье-Стокса накладывается аддитивное нестационарное малое возмущение. Подстановка возмущенного решения в уравнения, учет основного решения и линеаризация относительно малых возмущений позволяет получать для возмущений линейные дифференциальные уравнения в частных производных с числом Рейнольдса для основного течения в качестве параметра. Коэффициенты этих уравнений не зависят от времени и некоторых из пространственных координат, которые по отношению к уравнению называются циклическими. Это обстоятельство обусловливает экспоненциальный вид зависимости возмущенного решения от циклических переменных. Иными ело- [c.174]

Несмотря на значительные успехи исследований в 20—30-е годы, теория гидродинамической устойчивости долгое время не получала Широкого признания ввиду того, что экспериментаторам не удавалось обнаружить гидродинамических волн, предшествующих переходу к турбулентности. Первые эксперименты, показавшие правильность концепции неустойчивости ламинарного течения (как причины перехода к [c.65]

Область автомодельности. Неустойчивое ламинарное течение [c.129]

Небольшие шероховатости поверхности даже номинально прямой стенки вызывают возмущения линий тока. Возникающие при этом динамические силы порождают вихри и турбулентное течение [18]. В случае очень гладких стенок прямых каналов, не имеющих никаких препятствий, течение иногда остается ламинарным вплоть до значения числа Рейнольдса 5000. Однако при числах Рейнольдса выше 2000 ламинарное течение становится неустойчивым и может внезапно перейти в турбулентное. [c.47]

Ламинарное течение, как показывает опыт, устойчиво только прп некоторых условиях, определяемых значением критического числа Рейнольдса. При числах Рейнольдса, больших критического, ламинарное течение становится неустойчивым и переходит в турбулентное. Этот переход связан с возникновением в потоке незатухающих возмущений. Если образующиеся вследствие каких-либо внешних причин возмущения скорости и давления стечением времени затухают, то основное течение считается устойчивым, если же с течением времени они нарастают, то зто свидетельствует о неустойчивости основного течения и возможном переходе ламинарного режима в турбулентный. Исходя из такого предположения о природе перехода, можно попытаться определить значение критического числа Рейнольдса с помощью теории устойчивости. [c.308]

Смена течения при достижении Ке р обусловлена тем, что одно течение теряет устойчивость, а другое — приобретает. При Ке < Ке р ламинарное течение является вполне устойчивым всякого рода искусственная турбулизация потока и его возмущения (сотрясения трубы, введение в поток колеблющегося тела и пр.) погашаются влиянием вязкости и ламинарное течение восстанавливается. Турбулентное течение при этом неустойчиво. При Ке > Ке р, наоборот, турбулентное течение устойчиво, а ламинарное — неустойчиво [c.64]

При значении числа Ке ниже 50—60 [54 I имеет место область ламинарного течения. Область неустойчивого турбулентного режима лежит в пределах значении числа Не от 50—60 до 7000. При значениях числа Не свыше 7000 устанавливается турбулентный режим. [c.273]

Достаточно хорошо известно, как теряют устойчивость некоторые установившиеся ламинарные течения. В нескольких случаях известно также, как осуществляется переход к более или менее развитой турбулентности. Такие сведения приведены не только из-за того, что они имеют самостоятельное значение,, но и для общего понимания вопросов, относящихся к неустойчивости и переходу. [c.23]

Эти результаты представляют большой интерес, поскольку подобные возмущения индуцируют ниже по потоку (при больших х) возмущения более сложной формы, которые и разрушают ламинарное течение. Результаты, приведенные на рис. 11.1.3, показывают, что течение около вертикальной поверхности неизбежно становится неустойчивым. В то же время в свободных пограничных слоях 4 и 5) и в пограничном слое над горизонтальной поверхностью (5), где выталкивающая сила направлена перпендикулярно вектору скорости, течение устойчиво по отношению к любым возмущениям малой амплитуды. Однако экспериментально установлено, что течения 5—5 менее устойчивы, чем течения 1 и 2, поскольку довольно быстро (при малых значениях х) начинают доминировать другие механизмы неустойчивости. Возмущения в свободных пограничных слоях 4, 5) растут очень быстро главным образом из-за того, что отсутствует демпфирование со стороны поверхности. Что касается течения около горизонтальной поверхности (3), то его неустойчивость, по-видимому, объясняется дополнительным воздействием, связанным с механизмом тепловой неустойчивости из-за неблагоприятной стратификации жидкости. [c.10]

Такие течения рассматривались в гл. 5. В разд. 5.3 приведены автомодельные решения для горизонтального ламинарного течения на некотором расстоянии от передней кромки. Затем, чтобы учесть влияние небольшого наклона поверхности, решения были обобщены методом возмущений с помощью параметра наклона х, I). С использованием этих решений в работе [121] проведен анализ устойчивости течения и развития возмущений, а также представлены результаты измерений. Рассмотрим эти данные, а затем механизмы неустойчивости других течений около наклонных поверхностей. [c.119]

Рис. 12.3.1. Неустойчивость осесимметричной струи воздуха при числе Не = = 10 000, истекающей из круговой трубы. Визуализация течения дымом от проволоки позволяет наблюдать область ламинарного течения, развитие осесимметричных колебаний на границе струи, свертывание вихревых колец и внезапное возникновение турбулентности

Турбулентная конвекция. Все приведенные выше результаты относятся к случаю ламинарного течения. Для поверхностей большой вертикальной протяженности при значительных числах Грасгофа наблюдались систематические отклонения скоростей теплопередачи от ламинарного случая. Эти отклонения объясняются возникновением турбулентности в потоке в определенной. точке вниз по течению. Как отмечалось в гл. 11, вопросы неустойчивости, переходные процессы и процессы турбулентного переноса для ньютоновских жидкостей исследованы довольно подробно. В то же время действие указанных механизмов течения в неньютоновских жидкостях изучено пока недостаточно. В работе [49] был использован интегральный метод для анализа полностью развитого турбулентного переноса в жидкости около изотермической поверхности, который соответствовал интегральному методу, развитому в работе [13] применительно к ньютоновской жидкости. Для подчиняющейся степенному закону псевдопластической жидкости с разрежением сдвига была получена следующая корреляционная зависимость [c.431]

Ламинарное течение становится неустойчивым при возрастании инерционных сил в потоке по сравнению с силами вязкого трения. [c.10]

При движении жидкости в каналах, трубопроводах, технологических аппаратах значения Ке обычно исчисляются десятками и сотнями тысяч, иногда — миллионами, так что течение происходит в условиях достаточно развитого турбулентного режима. В отличие от ламинарного, течение здесь — неупорядоченное, оно характеризуется пульсационным хаотическим нестационарным движением частиц жидкости и их образований (при сохранении общего направления потока). Эти образования часто (и не очень удачно) именуют "комками", "вихрями" может быть, удачнее термины "пакеты", "ансамбли". Ансамбли представляют собой совокупности близко расположенных частиц жидкости, совместно (т.е. с близкими скоростями) перемещающихся в каком-то направлении из точки в точку. Ансамбли неустойчивы [c.151]

Процесс диспергирования капель и пузырей рассматривается с позиции гидродинамической неустойчивости, которая заключается в следующем. На заданное течение двух сред накладывается небольшое по величине возмущение и определяется, будет ли со временем амплитуда возмущений уменьшаться или увеличиваться. Если возмущение затухает, система возвращается к первоначальному состоянию — устойчивому течению, если же, напротив, амплитуда возмущения возрастает, то это соответствует неустойчивому течению, которое приводит к дроблению частиц. Характерным примером гидродинамической неустойчивости является переход от ламинарного течения к турбулентному, когда силы внутреннего трения не способны подавить инерционные силы. [c.714]

В трубах с очень гладкими стенками ламинарное течение может существовать и при Ре > 2300, однако такое течение неустойчиво и небольшие возмуш,е-ния вызывают переход к турбулентному движению, [c.14]

Визуализация течения полиэтилена высокой плотности и исследование потока методом двулучепреломления показывают, что размеры мертвых зон при ламинарном течении гораздо меньше, чем в случае полиэтилена низкой плотности. Линии тока на входе при увеличении расхода пульсируют, но не разрываются. Неустойчивое течение возникает внутри капилляра. При этом наблюдаются разрывы изоклин (линий постоянных скоростей), а изохромы приобретают зернистую структуру. Увеличение длины капилляра не влияет на момент начала неустойчивого течения [79, 187]. Аналогичные результаты получены и при исследовании течения полиамида 6,6, полиформальдегида и сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что возникновение неустойчивого течения связано с потерей текучести пристенных слоев расплава. Подробно вопрос о возможных причинах неустойчивого течения, связанных с ориентационной кристаллизацией (стеклованием), рассмотрен в работе [193]. [c.108]

Как указывалось выше ( 1.2), наблюдают три различных режима течения пленки ламинарный, которому была посвящена предыдущая глава, волновой и турбулентный. Последние два режима по своей природе нестационарны. Их теоретическое исследование подразделяется на две стадии определение условий, при которых ламинарное течение пленки становится неустойчивым, и изучение характеристик развитого стабилизированного [c.47]

Устойчивость ламинарного течения в каналах с селективнопроницаемыми стенками может быть нарушена npi воздействии массовых сил на среду с неоднородным распределением плотности при этом возникает смешанно-конвективное течение. Следует отметить, что основная информация о влиянии свободной конвекции получена при исследовании термической неустойчивости ламинарных течений в каналах с непроницаемыми стенками, поэтому применение этих результатов к анализу концентрационной неустойчивости в каналах мембранных элементов ограничено чисто качественными выводами. [c.132]

Весьма перспективно поддерживать в напорном канале значения температуры и давления, приближенные к псевдокрити-ческим параметрам смеои [2], когда резко снижаются пороговые значения разности концентраций в сечении канала, приводящие к концентрационной неустойчивости ламинарного течения. Это установлено экспериментально при разделении смеси СОг— N2 с большим содержанием диоксида углерода. Следует заметить, что критические давления большинства газов находятся в пределах 3—5 МПа, а интервал критических температур для некоторых веществ соответствует области, где допустима эксплуатация мембран. [c.268]

В заключение сделаем некоторые выводы. Оптимизация процесса в мембранной ступени по энергетическому критерию эффективности предполагает выбор оптиМ ального отношения давления е = Р//Рр при заданном составе смеси на входе в модуль, варьирование состава газовой смеси Х[ подбором кратности рециркуляции проникшего или сбросного потоков при фиксированном значении отношения давления повышение давления в напорном и дренажном каналах при сохранении оптимальных значений х/ и е интенсификацию массообмена стимулированием смешанноконвективного движения газа в каналах за счет концентрационной неустойчивости ламинарного течения газа. [c.268]

В коротких подшипниках и демпферах с кольцевым смазочным слоем при сплошной смазке в расширяющейся части смазочного слоя согласно второму соотношению (10) осевой поток смазки с двух сторон направлен к середине подшипника, причем смазка течет с замедлением по мере продвижения вдоль осевой координаты 2. Оба этн фактора способствуют турбулизации потока смазки, что становится заметным при Ке > 300 -ь 400. Наоборот, ламинарное течение в сужающейся части смазочного слоя происходит с возрастанием скорости и обладает повышенной устойчивостью. Таким образом, здесь зона возможной неустойчивости ламинарного течения смазки еще более резко, чем в длинных подшипниках, сдвинута в ненагруженную омасть, в область кавитации. [c.81]

Как только течение становится неустойчивым, перенос теплоты через жидкую пленку увеличивается и число Нуссельта становится больше, че.м при невоэмущеино.м ламинарном течении, [c.95]

Ниже рассматривается качественно конденсация на вертикальной поверхности, которой в теплообменниках служит обычно вертикально расположенная труба. На рис. 1 показаны основные особенности конденсации на такой поверхиости при неподвижном паре, т. е. при незначительном сдвигающем усилии. Расход конденсата, текущего вниз, равен нулю в верхней части поверхности и с удалением от нее увеличивается по мере того, как накапливается конденсат. В верхней части поверхности существует область с очень малыми числами Re конденсата, где течение ламинарное и безволновое. В некоторой расположенной ниже по поверхности точке число Re достигает такого значения, при котором на границе раздела пар — жидкость образуются неустойчивости, приводящие к появлению волн на пленке. Еще ниже по поверхности число Re возрастает до значения, когда возникает турбулентность. В области ламинарного течения коэффициент теплоотдачи уменьшается с увеличением толщины конденсатной пленки, хотя в области волнового движения скорость уменьшения снижается вследствие перемешивающего эффекта волн. Тур- [c.340]

Таким образом, с помощью метода малых возмущений можно получить значение критического числа Рейнольдса. Начиная с того места на пластине, где число Рейнольдса достигает своего критического значения, начинают нарастать возмущения с определенной длиной волны. Далее вниз по потоку становятся неустойчивыми возмущения и с другими длинами волн. Наконец, на некотором расстоянии от начала потери устойчивости ламинарное течение переходит в турбулентное. Критическое число Рейнольдса, онределенное экспериментальным путем из наблюдения перехода ламинарного режима течения в турбулентный, соответствует тому месту пластины, где турбулентность потока приводит к перестройке всего течепия. Поэтому найденные пз экспериментов критические числа Рейнольдса обычно превышают по величине их теоретические значения. [c.312]

При установившемся движении среды гидравлическое сопротивление трения трубы зависит от режима течения. Известно, что до тех пор, пока значение числа Рейнольдса не достигает критического Квир. режим течения сохраняется ламинарным. Для течения в круглой цилиндрической трубе обычно Ке р = 2320. Переход от одного режима течения к другому происходит вследствие нарушения устойчивости движения среды. Теория гидродинамической устойчивости движения жидкостей и газов пока разработана только для отдельных видов течений, причем вопросы о причинах неустойчивости потоков в трубах освещены еще недостаточно. Результаты экспериментальных исследований гидродинамической устойчивости ламинарных течений в трубах позволяют считать что при колебаниях потока с безразмерной частотой й 10 лами нарный режим сохраняется, если число Рейнольдса Ке = вычисленное по средней о, за период колебания-скорости, не пре восходит критического числа Рейнольдса, полученного для уста повившегося потока, а вычисленное по амплитуде колебаний [c.255]

В предыдущих главах книги рассмотрены различные типы ламинарных естественноконвективных течений в пограничных слоях. Были выявлен и описану многие механизмы процесса переноса в направлении течения. Оказалось, что большинство из этих механизмов действует и в более крупномасштабных процессах, когда перенос является в основном турбулентным. Ламинарные течения, которые рассматривались выше, при воздействии естественно возникающих возмущений, несмотря на их обычно небольшие масштабы, характерные для технологических процессов и процессов в окружающей природе, часто становятся неустойчивыми. [c.5]

Рассмотрим сначала ламинарное течение около вертикально расположенной поверхности. В конце концов оно становится неустойчивым к воздействию некоторых составляющих внешнего возмущения. Каждое из них можно рассматривать независимо. Установлено, что развивающееся в естественноконвективном течении возмущение часто имеет форму движущейся вниз по по-то у периодической волны. Результаты исследований, например Эккерта и Зёнгена [36], позволили обнаружить физическое сходство этой волны и волны на поверхности океана, которая приближается по нормали к берегу и в некоторый момент распадается на буруны. Такие волны, возникающие при вынужденной конвекции в пограничном слое, получили название волн Толлми-на — Шлихтинга. [c.6]

При больших значениях Ке ламинарное течение в пограничном слое до линии отрыва становится неустойчивым и возникает турбулентность. В наибольшей степени турбулизируется часть пограничного слоя, удаленная от лобовой поверхности, т. е. примыкающая к линии отрыва. Турбулизация пограничного слоя приводит [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология