Переход ламинарно-турбулентный рост возмущений

Наиболее детально механизмы процесса перехода при естественной конвекции воды исследовались в работах [54, 74, 127]. До этого, например, в работах [98, 153], изучалось в основном турбулентное течение, но были получены некоторые экспериментальные данные и для области перехода. Результаты этих исследований позволяют представить общую картину перехода в воде. Она показана на рис. 11.4.1 для некоторого заданного теплового граничного условия. Изолированная область турбулентности появляется сначала в более толстом динамическом пограничном слое, а затем в тепловом пограничном слое. По мере ее расширения с увеличением расстояния по потоку рост средней скорости замедляется по сравнению с ламинарным режимом течения. Профиль средней скорости также начинает отличаться от профиля для ламинарного пограничного слоя. Возмущения становятся довольно интенсивными, в результате возникает диффузия жидкости из теплового пограничного слоя во всю область динамического пограничного слоя, что вызывает изменение профиля средней температуры. Это сигнализирует о начале перехода в тепловом пограничном слое. Динамический и тепловой пограничные слои перемешиваются, и толщина их возрастает. Конец области [c.38]

Наконец, говоря об устойчивости, часто неявно предполагается, что рассматривается асимптотический (по прошествии большого промежутка времени) отклик системы на внесение возмущений. Однако не исключены ситуации, когда возмущение вначале, в процессе установления, будет испытывать временный рост и лишь затем затухать (сродни тому, что наблюдается при разрыве цепи переменного электрического тока). Если в процессе этого установления возмущение сильно нарастает, оно способно привести к ламинарно-турбулентному переходу (в цепи могут перегореть лампочки), поэтому для проблемы перехода к турбулентности важен промежуток времени, на котором рассматривается отклик течения. [c.16]

Изложенные выше результаты дают достаточно ясное физическое представление о начальной стадии перехода к турбулентности в двумерных областях отрыва — об этапе усиления малых колебаний оторвавшегося слоя сдвига, характеристики которых определяются локальными свойствами среднего течения. Более сложными объектами являются трехмерные пограничные слои, в которых ламинарно-турбулентный переход инициируется различными механизмами неустойчивости, сосуществующими на стадии линейного развития возмущений. К числу подобных задач относится изучение перехода к турбулентности при обтекании скользящего крыла бесконечного размаха. В этом случае распространенный подход к проблеме заключается в разложении пространственного поля скорости на основную (в направлении внешнего потока) и поперечную (вдоль размаха крыла) компоненты с последующим независимым анализом их линейной устойчивости. Как правило, неустойчивость поперечного течения бывает причиной дестабилизации пограничного слоя в области отрицательного градиента давления (см. гл. 2). Другой участок течения, на котором поперечная компонента скорости сравнительно велика и может вызвать усиление возмущений, находится ниже по потоку, в зоне положительного градиента давления и отрыва пограничного слоя. Для распределения скорости основного течения в этой области характерно появление точки перегиба, и оно оказывается здесь также неустойчивым. Рост неустойчивости как основного, так и поперечного течения перед точкой отрыва на скользящем крыле был получен в расчетах [Мэк, 1982]. [c.241]

Линейное приближение, используемое для описания начального этапа процесса перехода к турбулентности в условиях низкой возмущенности набегающего потока, теряет применимость с ростом амплитуды колебаний в направлении течения. За областью их линейного усиления следует нелинейная стадия, где компоненту возмущения ламинарного течения нельзя более рассматривать как суперпозицию линейно независимых колебаний и ее характеристики определяются нелинейными эффектами — волновыми взаимодействиями. В спектральном представлении процесса перехода в зоне отрыва пограничного слоя (рис. 6.15) его нелинейный этап начинается с разрушения пакета колебаний в частотном спектре пульсаций, сформированного в области линейной неустойчивости. На участке протяженностью порядка длины [c.247]

До сих пор было опубликовано лишь несколько работ с результатами измерений развития ламинарного пограничного слоя в области, предшествующей переходу, для пограничных слоев, подверженных турбулентности. Первые результаты такого рода измерений были представлены авторами работы [Arnal, Juillen, 1978 ], обнаружившими рост вниз по потоку колебаний продольной компоненты скорости и до амплитуд порядка нескольких процентов от скорости внешнего течения i/g. Также было показано, что основной вклад в спектр энергии возмущений в пограничном слое вносят значительно меньшие частоты, чем в турбулентном свободном потоке, причем распределения и поперек пограничного слоя сильно отличались от распределения для волн Толлмина — Шлихтинга, например максимум находился в середине пограничного слоя, а не у стенки. Возмущения с частотами, типичными для нарастающих волн Толлмина — Шлихтинга, также были видны на фоне крупномасштабных (низкочастотных) структур однако их амплитуды были малы по сравнению с интегральным уровнем возмущений. [c.169]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология