Визуализация течений

Другой метод визуализации течения, который доказал свою эффективность при исследовании тонкой структуры течения при обтекании различных турбулизаторов и дистанционирую-щих элементов для труб, состоит в нанесении на поверхность флюоресцирующей краски, разведенной на тяжелом автотракторном масле [18]. Краска собирается в зонах торможения и отчетливо выделяется при освещении ультрафиолетовыми лучами. На рис. 16.5 представлена типичная фотография. полученная этим методом. [c.322]

Проволок 0,127 мм, их длина 184 мм. Для каждой из параллельных, нагреваемых электрическим током проволок отдельно определялось число Нуссельта. Производилась визуализация течения для шести различных расстояний между осями проволок от 37,5 до 225 диаметров проволок. Для каждого шага проволок проводились эксперименты при четырех углах наклона ряда проволок к вертикали при горизонтальном и вертикальном расположении и при углах 60 и 30° относительно верти- [c.302]

Интересная картина механизмов движения в вертикальных течениях, индуцированных выталкивающей силой, в устойчиво стратифицированной покоящейся среде была получена в работе [93]. Исследовались характеристики течения в восходящих низкоскоростных ламинарных осесимметричных факелах пресной и соленой воды в линейно стратифицированной морской воде. Визуализация течения позволила выявить ряд интересных особенностей (рис. 6.9.1). Даже в устойчиво стратифицированной среде восходящий факел индуцирует вокруг себя течение типа тороидальной ячейки (область 3 на рис. 6.9.1,6). Эта ячейка перемещается вверх под действием вязких сил на границе струи. Когда более соленая жидкость движется вверх, все течение в конце концов становится тяжелее окружающей устойчиво расслоенной жидкости. В некоторой точке отрицательная выталкивающая сила становится больше направленной вверх вязкой силы, жидкость поворачивает и течет вниз, создавая в итоге ячеистую структуру. В таких условиях опускающаяся жидкость образует оболочку вокруг струи. Установлено, что [c.415]

Визуализация течения показала, что области, принимавшиеся в работе [38] за турбулентные пятна, состоят из двумерных синусоидальных возмущений большой амплитуды и наложенных на них высокочастотных колебаний. Иногда эти области исчезают, и устанавливается полностью ламинарное течение. Вниз по потоку частота появления турбулентных пятен возрастает, и наконец, ламинарное течение в слое разрушается. Это соответствует, по данным работы [38],. возникновению полностью турбулентного течения. Однако чуть выше по потоку максимальная локальная температура в средней плоскости факела почти не отличается от значений, рассчитанных для ламинарного режима течения. [c.89]

ПО потоку при визуализации течения [121] трехмерные эффекты и вторичные течения являются, по-видимому, результатом усиления двумерных возмущений. На возникновение других мод неустойчивости, вызванных трехмерными эффектами, оказывает влияние происходящий в конце концов отрыв течения, механизм которого обсуждался в разд. 5.8. [c.125]

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

В большинстве исследований обычно рассматриваются длинные полости. При этом процессы переноса измеряются достаточно далеко от концов полости, где влиянием торцевых стенок на результаты измерений можно пренебречь. С другой стороны, методы визуализации течений зачастую осредняют изменения физических параметров по третьей координате. Поэтому, несмотря на то что двумерный подход облегчает изучение механизмов многих физических процессов, определяющих структуру и характер внутренних течений, все же часто оказывается необходимым учитывать и трехмерные эффекты. Так, в случае свободноконвективных течений, возникающих в результате пожаров в помещениях, двумерные аппроксимации не позволяют оценить некоторые важные особенности этих процессов. [c.295]

На рис. 14.6.4 приведено сравнение данных визуализации течения и результатов численных расчетов при Ra = 7-]01 Такое же отличное согласие было получено и для других значений Ra. При Ra>5-]0 оказалось, что в случае больших Рг, рассматривавшихся в этой работе, течение становится нестационарным, причем турбулентность развивалась при Ra [c.309]

Горизонтальные цилиндрические полости. Проведены измерения и расчеты пограничного слоя в таких полостях с помощью интегрального метода [99]. Вода в горизонтальных цилиндрах с коэффициентом формы 3 охлаждалась до 4 °С. При этом охлаждение воды, первоначально имевшей температуру 20 °С, проводилось путем понижения температуры стенки со скоростью 0,6—54°/ч. Визуализация течения осуществлялась с помощью окрашенных примесей. Изменение температуры жидкости измерялось фиксированными термопарами. При этом числа Рэлея изменялись в пределах 10 — О . Было установлено, что не-установившаяся картина внутренней циркуляции вскоре переходит в некоторый квазистационарный процесс. При Ра > 10 внутреннее течение складывалось из некоторого центрального ядра и течений в пограничных областях вблизи поверхности. При падении температуры ядра ниже 4°С наблюдалась инверсия картины течения. Важную роль во всем этом процессе играло кондуктивное поле, которое развивалось в центральном ядре течения. Полученные результаты иллюстрируют наличие очень важных и сложных механизмов переноса в полостях указанной геометрии, особенно для случая, когда процесс в полости происходит вблизи точки максимума плотности. [c.338]

Другим важным параметром, характеризующим влияние концевых эффектов, является число Ка. На рис. 15.4.8 представлены картины визуализации течения, полученные с помощью элемента Хеле — Шоу, для нескольких значений Ка. На рис. 15.4.8,а видно четное число почти квадратных, примерно одинаковых ячеек. При более высоких числах Ка концевые ячейки начинают расти и сдавливают центральные ячейки, уменьшая их размеры и число (рис. 15.4.8,6—д), причем в конечном счете остаются только две крайние ячейки (рис. 15.4.8, е). По мере уменьшения значений Ка квадратные ячейки восстанавливаются (рис. 15.4.8,3 ), однако возникающее в результате течение, очевидно, отличается от течения, получающегося при увеличении Ка. Таким образом, возникает несколько установившихся течений. Это позволяет сделать вывод, что характер возникающих [c.390]

Попытки аналитического продвижения в область Ке > 1 наталкивались на серьезные трудности. Уже при Ие = 16 позади сферы скорость меняет свой знак. Визуализация течения позади сферы указывает на возникновение вихревого кольца, свойства которого в настоящее время подробно изучены [43, 246]. С увеличением числа Рейнольдса размеры вихревого кольца увеличиваются нри Ке = = 150 оно теряет стабильность и начинает осциллировать. Начиная с Ке = 500, наблюдается отрыв колец от кормовой части сферы и их движение вниз по потоку. Во фронтальной части сферы движение жидкости является устойчивым. Распределение скоростей здесь соответствует представлению о ламинарном пограничном слое. Методы расчета толщины этого слоя и распределения скоростей в нем хорошо разработаны [122]. Применение уравнений (1.18) и (1.22) приводит к определению массового потока — цели, которая достижима в отношении передней половины сферы. Впоследствии возникла тенденция распространить полученную описанным способом закономерность на всю поверхность шара. Так появился известный результат [5, 145, 1691 [c.19]

Попытки аналитического решения рассматриваемой проблемы в области значений критерия Рейнольдса Ве > 1 наталкивались на серьезные трудности. Уже из уравнений (1.152) можно заключить, что при Ве > 16 позади сферы скорость меняет знак. Если в передней части сферы жидкость течет в направлении от большего давления к меньшему, то в кормовой части течение направлено против градиента давления. Такое движение должно сопровождаться переходом кинетической энергии в энергию давления. Однако вблизи поверхностей шара часть кинетической энергии теряется на трение, а оставшейся энергии недостаточно для преодоления повышающегося давления. Последнее обстоятельство и приводит к возникновению обратного (по сравнению с основным потоком) течения жидкости в кормовой части. Визуализация течения позади сферы указывает на возникновение вихревого кольца, свойства которого в настоящее время подробно изучены [121, 252]. [c.56]

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]

В последующих опытах для визуализации течения в зернистый слой вводилась специальная гребенка, через которую подавалась краска. Гребенка располагалась на различных высотах зернистого слоя. Довольно отчетливая картина течения была зафиксирована в тех положениях, когда гребенка располагалась в верхних слоях или под слоем катализатора. [c.65]

В другой экспериментальной работе [50] осущ,ествлена визуализация течения у верхней поверхности нагреваемого снизу слоя ртути, на который воздействовали магнитные поля различной интенсивности и под разными углами наклона к поверхности слоя. На рис,. 17.3 5 представлены картины течения (вид сверху) которые возникали, когда нижняя поверхность располагалась у края магнитного полюсного наконечника. В левой части картины жидкость подвергается воздействию вертикального магнитного поля, а в правой части — более слабого наклонного, поля. Возникающее в результате поле течения состоит из чисто кондуктивной области слева, примыкающей к области ячеистой конвекции справа. [c.471]

При однофазном течении удовлетворительное распределение потока можно всегда обеспечить, увеличивая общий перепад давления в системе, например, с помощью цоме-щепиой в подходящем месте дроссельной заслонки. Однако такой способ требует увеличения эксплуатационных и, возможно, капитальных затрат, так как появляется необходимость в более мощных насосах. Хорошее распределение можно организовать также иа основе экспериментов, используя, например, обычную визуализацию течения. Число возможных конфигураций, однако, довольно велико, и каждую из них, по-видимому, нужно рассматривать заново. Именно поэтому оценка важности хорошей организации течения в теплообменнике и выбор пути ее реализации целиком и полностью зависят от инженера-конструк-тора. [c.160]

При разработке натурных теплообменников иногда целесообразно провести исследование гидродинамики входного участка теплообменника или другого участка сложной конфигурации, чтобы определить общее расиределение потока или падение наиора. Опыты такого рода люжно проводить на простых моделях, поскольку не требуется осуществлять подвод или отвод тепла. Необходимо лишь геометрическое подобие модели и натурного аппарата и обеспечение соответствующего диапазона чисел Рейнольдса. Следовательно, эти опыты можно выполнять с водой или воздухом вместо тех теплоносителей, работа с которыми вызвала бы затруднения. Особенно для подобных целей подходит воздух, небольшие утечки которого не приведут к осложнениям. Кроме того, стоимость модели будет невелика. Если нет резкого отрыва потока, то для определения направления течения, а также распределения скоростей можно использовать трубки Пито. При наличии отрыва необходимо произвести визуализацию течения, используя для этого пучок нитей, которые с помощью изоляционной ленты крепятся к стенкам канала или закрепляются на проволочном зонде, обладающем возможностью перемещаться в поле течения. Можно использовать дым, но это довольно сложно, а результаты обычно бывают неудовлетворительны. Струи дыма за счет турбулентности настолько быстро рассеиваются, что подобный метод применим только при относительно низких числах Рейнольдса и простых геометрических конфигурациях. Любой из этих способов пригоден в том случае, если модели выполнены из прозрачного пластика типа люцита. [c.321]

Для некоторых способов визуализации течения вода является лучшим рабочим телом, чем воздух. Если существенны трехмерные эффекты, достаточно просто проследить путь потока и установить характер турбулентности с помощью маленьких пузырьков воздуха или частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Для двумерного течения существует прекрасный способ наблюдения за поведением потока. На поверхность воды, протекающей через исследуемую модель канала, наносится порошкообразный алюминий. Если не надо производить фотографирования потока, то можно использовать самую простую установку. Однако для получения картины такого качества, как приведенная на рис. 3.10 и 11.2, надо серьезное внимание обратить на конструкцию экспериментальной установки и ее монтаж. Проведение экспериментов требует терпения и искусства. Модели должны быть достаточно большими, чтобы силы поверхгюстпого натяжения не искажали картины течения. Это означает, что цитрина капала в любом месте пе должна быть меньше 12 м.ч. Для более качественного диспергирования порошка лучше всего добавлять в воду небольшое количество моющего средства. Картина течения будет сильно [c.321]

Рис. 5.8.5. Отрывные течения, образующиеся в воздухе над нагретой горизонтальной поверхностью за ее передней кромкой. Для визуализации течения вводились нитевидные струйки дыма. (С разрешения авторов работы [131j. 1973, Pe.-gamon Journals Ltd.)

Как показывают результаты многочисленных надежных измерений, проведенных в вертикальных естественноконвективных течениях различного типа, эти утверждения справедливы в отношении трех величин Ф, 5 и а. Что касается длины волны возмущения л, то она значительно изменяется при распространении возмущения по потоку. Об этом свидетельствуют результаты тех же измерений, а также данные оптической визуализации течения (рис. 11.1.1). Такая ситуация и должна наблюдаться, поскольку частота Р считается в анализе, определяющем моды колебаний, постоянной, тогда как скорость основного течения возрастает с расстоянием х. [c.16]

До того как были получены изложенные выше экспериментальные данные и результаты расчетов, существовало несколько точек зрения на роль, которую играют трехмерные возмущения в процессе перехода естественноконвективного течения высказывались различные предположения о форме трехмерных возмущений и возникающих нелинейных механизмах. В работе [26] с помощью хорошо отражающих свет частиц алюминия проводилась визуализация течения воды в области перехода. При этом удалось обнаружить два продольных вихря, аналогичные тем, что описаны выше. Однако Шевчик [149], вводя краску в воду, наблюдал вихри, оси которых расположены перпендикулярно направлению течения. Было сделано предположение, что увеличение завихренности вызывается петлеобразной деформацией оси вихря. Однако осталось не выясненным, не связан ли рост завихренности со способом ввода краски в жидкость. Такое же расхождение возможных механизмов процесса перехода было отмечено и при исследовании вынужденных течений. Клебанов [85] установил по результатам тщательных измерений, что при введении в поток контролируемых трехмерных возмущений возникает вторичное осредненное течение в виде продольных вихрей в результате взаимодействия нелинейных и трехмерных механизмов. Были указаны также другие возможные механизмы, связанные, например, с генерацией гармоник высокого порядка или вогнутостью линий тока волнового движения. Однако, по-видимому, разумно предположить, что для естественной конвекции такие механизмы не играют определяющей роли и переход к турбулентному режиму течения вызван образованием областей с высоким сдвигом потока и других особенностей течения под действием системы продольных вихрей. Это подтверждается приведенными ниже данными. [c.36]

Экспериментально и теоретически исследовалась также устойчивость течений около наклонных поверхностей, которые отличаются от тех, что рассматривались в предыдущем разделе, В работе [99] угол отклонения поверхности 0 от вертикали варьировался от 60° при нагреве верхней стороны поверхности до —80° при нагреве нижней стороны поверхности, С помощью термопар и визуализации течения шлирен-методом были обнаружены такие же возмущения в виде волн, как и в течениях около вертикальной поверхности. При визуализации течения в работе [144] наблюдались продольные вихри при 0 15°. Дальнейшие исследования [97] показали, что при 0 < 14° формой неустойчивости являются волны, а при 0 17° — вихри. В промежуточной области значений 14° 0 17° наблюдаются оба типа неустойчивости, [c.125]

Одним из первых исследований термиков была работа [60]. В работе [30] предложена теория, описывающая процесс возникновения термика. Визуализация течения около нагретой горизонтальной поверхности [56] позволила наблюдать образование термиков над теплым пристеночным слоем, как это показано на рис. 12.5.1. Термики имеют грибообразную форму с затупленным по полусфере куполом. Они возникают в фиксированных, регулярно расположенных точках поверхности, если тепловой поток поддерживается постоянным. [c.194]

Используя схему конечных разностей и прямоугольный элемент Хеле — Шоу, применяемый обычно для визуализации течений в пористых средах (см., например, [66]), Элдер [34] исследовал влияние краевых эффектов в случае установившегося [c.389]

Интересно применение маскирующих дымов в лабораторной практике с целью визуализации воздушных потоков В приборе Престона и Свитинга при менено одно удачное устройство являющееся по существу миниатюрным гене ратором масляного дыма К резервуару с маслом присоединена электрически на греваемая металлическая трубка а к иеи привинчиваются сопла разного раз мера Во время работы пары масла с большой скоростью вырываются из сопла и конденсируются в виде дыма плотность и качество которого можно регули ровать Масляный дым не вызывает коррозии и не оказывает раздражающего действия поэтому запах его можно терпеть если даже он присутствует в зна чительных концентрациях Этот метод применяется в аэродинами геских трубах в частности для визуализации течения в пограничном слое при больших числах Рейнольдса (см также ) [c.412]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология