Переход ламинарно-турбулентный стадии

Среди возможных механизмов следует выделить генерацию высших гармоник и возникновение вторичного осредненного течения в результате нелинейного взаимодействия продольных возмущений (по X, у) с поперечными (по г). Однако маловероятно, чтобы генерация высших гармоник играла заметную роль на последних стадиях развития возмущений, предшествующих переходу к турбулентному режиму течения. Многочисленные экспериментальные данные, полученные при исследовании течений с естественно возникающими и искусственно введенными возмущениями, свидетельствуют о том, что и максимальное развившееся возмущение сохраняет простую синусоидальную форму вплоть до перехода к турбулентности. В то же время установлено, что образующееся вторичное осредненное течение играет важную роль в разрушении ламинарного течения и возникновении турбулентности. Эти нелинейные механизмы были исследованы расчетными и экспериментальными методами. [c.26]

В предыдущих разделах описаны различные стадии процесса перехода ламинарного течения в турбулентное около вертикальной стенки. Их физические механизмы выяснены преимущественно по результатам непосредственного измерения значений скорости и температуры Почти без привлечения статистических характеристик. Однако для полного понимания турбулентности необходимо иметь представление о том, каким образом развивается в направлении течения спектр пульсаций, достигая своего окончательного состояния. Крупномасштабные вихри, возникающие в области перехода, по мере движения вниз по течению превращаются в мелкомасштабные вихри полностью развитого турбулентного течения. [c.57]

Если постепенно увеличивать интенсивность накачки, на смену ламинарному приходит турбулентный режим, характеризующийся случайными пульсациями гидродинамических полей. Переход к развитой турбулентности может наступать скачкообразно либо занимать целый интервал значений интенсивности накачки. В последнем случае переходу к турбулентности предшествует особая стадия, характеризующаяся появлением регулярных структур нарастающей сложности. [c.107]

В обзорах [1.2, 1.4, 1.45, 1.86] отмечается аналогия между упорядоченными крупномасштабными структурами в турбулентном пограничном слое, связанными с мелкомасштабными взрывными явлениями, и турбулентными пятнами Эммонса, наблюдаемыми при переходе ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Если учесть, что наиболее четкое опознавание упорядоченных структур как при визуальных, так и при термоанемометрических исследованиях удается осуществить при малых числах Рейнольдса, то можно предположить, что на ранней стадии возникновения турбулентных течений должны наблюдаться те же процессы, что и в стадии полностью развитого турбулентного течения. Это дает основание полагать, что структуру турбулентного пятна Эммонса можно рассматривать как разновидность типичной упорядоченной крупномасштабной структуры в турбулентном пограничном слое. [c.71]

Во многих моделях принимается также, что в пристеночной зоне действует тот же механизм неустойчивости и разрушения течения, что и в обычном ламинарном пограничном слое, когда он переходит в турбулентный. Действительно, визуальные исследования [1.22-1.24] показали, что взрывная стадия процесса обновления подслоя наступает внезапно, так же, как появляются пятна Эммонса при переходе ламинарного течения в турбулентное, при этом мгновенный профиль скорости непосредственно перед разрушением течения имеет точку перегиба. [c.79]

Если говорить о строгой теории ламинарно-турбулентного перехода, то адекватный формальный аппарат должен позволить описать в первую очередь эволюцию неустойчивости — ее возникновение (возбуждение), развитие, наблюдаемый развал ламинарного потока и окончательный переход течения к развитому турбулентному режиму. Решение задачи перехода в такой полной постановке связано с большими математическими трудностями, поэтому сложный единой процесс условно разбивается на ряд характерных стадий, которым в пространстве соответствуют определенные области перехода, изучаемые на основе различных упрощенных моделей. [c.9]

Описанная последовательность стадий перехода схематически показана на рис. В.2, а. Как видно, переход ламинарного течения в турбулентное в пограничном слое представляет собой непрерывный процесс, начиная от возбуждения малых возмущений и кончая установлением развитого турбулентного течения со своим характерным профилем средней скорости и внутренней структурой. [c.11]

В данной монографии предпринята попытка дать целостное представление о различных аспектах процесса возникновения турбулентности в сдвиговых течениях. В первых двух главах даются современные основы теории устойчивости квазипараллельных течений и проводится сопоставление экспериментальных и теоретических данных, гл. 3 и 4 посвящены описанию восприимчивости и поздних стадий перехода соответственно, гл. 5 и 6 — применению развитых подходов к переходу при повышенной степени турбулентности набегающего потока и отрывным течениям, а гл. 7 — способам управления процесса перехода от ламинарного течения к турбулентному состоянию. Предметом обсуждения являются течения несжимаемой жидкости, главным образом переход к турбулентности в пограничных слоях и каналах, которые в настоящее время исследованы сравнительно подробно. [c.14]

Поздние стадии перехода к турбулентности характеризуются появлением турбулентных пятен, вспышек и перемежаемости. Турбулентные пятна — пространственные образования в виде локализованных областей с турбулентными пульсациями, сносящиеся вниз по потоку (рис. 4.20) турбулентные вспышки (всплески) — промежутки осциллограмм возмущений, для которых типичны турбулентные пульсации широкого спектра, на фоне менее интенсивных низкочастотных колебаний ламинарного течения перемежаемость во времени (в пространстве) — чередование ламинарных и турбулентных зон во времени (в пространстве) при фиксированном положении датчика в пространстве (во времени). Отметим сразу, что перемежаемость во времени (наличие турбулентных всплесков) является необходимым (но не достаточным) признаком турбулентных пятен. Коэффициент перемежаемости у определяет отношение времени существования турбулентного режима ко всему времени протекания процесса. [c.136]

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]

ИЗ возможных причин такой, на первый взгляд, неожиданной его зависимости от начальной амплитуды волн неустойчивости (как правило, ее возрастание стимулирует ламинарно-турбулентный переход в сдвиговых течениях) связана с влиянием вверх по потоку возмущенного течения в отрывной зоне этот вопрос обсуждается в п. 6.5. Турбулизация в режиме интенсивного возбуждения, как и при меньшей амплитуде генерации, начинается со стадии линейного развития колебаний за точкой отрыва. Ниже по потоку формируется регулярное нелинейное возмущение, спектр которого включает основную частоту и ее высшие гармоники л/ (на рис. 6.18 показаны первые пять). На этом участке отрывной зоны, до начала усиления пульсационного фона, нелинейное развитие возбужденных двумерных колебаний не сопровождается трехмерным разрушением возмущенного течения. В терминах вихревой динамики это соответствует образованию в отор- [c.254]

Поскольку на ранних стадиях процесса перехода происходит чередование ламинарного и турбулентного течений, это отражается на характере изменения по х максимальной локальной температуры о(х). Если эти зависимости сравнить с соотношениями (11.8.2) — (11.8.6), то можно определить момент, когда начинается изменение режима течения. [c.91]

При ламинарном течении шероховатость не влияет на потери напора, поскольку жидкость плавно обтекает выступы. Та же картина наблюдается на начальных стадиях турбулентного течения, когда при небольших Ке толщина ламинарного пограничного слоя 8л > бщ. Однако при увеличении Ке величины 5л и 6ш становятся близкими, а при дальнейшем развитии турбулентности бщ становится больше толщины 8л, уменьшающейся с ростом Ке. При достаточно больших значениях Ке (их тоже называют "критическими" и обозначают Ке рг) роль выступов в возникновении пульсаций, образовании ансамблей и развитии турбулентности становится определяющей, а роль вязкого (ламинарного) пограничного слоя вырождается — осуществляется переход к автомодельному течению. Значения Ке рг, начиная с которых Хг зависит исключительно от степени шероховатости Ещ, быстро понижаются с ростом Ещ. Наличие шероховатости приводит к возрастанию потерь напора, что обычно отражается увеличением значения Хг в зависимостях типа [c.161]

Движущей силой макродиффузии является наличие разности давлений или плотностей в отдельных участках системы. В этом случае перенос вещества, осуществляющийся струями жидкости или газа, зависит от характера движения последних, т. е. от гидродинамических и аэродинамических условий процесса. Движение жидкости или газа может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном течении жидкости или газа отдельные слои их перемещаются параллельно твердой поверхности, а перенос реагирующих веществ к реакционной зоне осуществляется за счет молекулярной диффузии. При переходе же к турбулентному режиму струи жидкости или газа начинают двигаться беспорядочно относительно твердой поверхности. При этом концентрации веществ в объеме жидкой (газообразной) фазы выравниваются быстро, а толщина диффузионного слоя уменьшается, вследствие чего константы скоростей диффузионных стадий процесса увеличиваются. Таким образом, переход от ламинарного режима к турбулентному при постоянстве других факторов благоприятствует переходу процесса в кинетическую область. [c.206]

В работе [9], посвященной экспериментальному и теоретическому исследованию эрозии пыли под действием ударной волны в воздухе, сделана попытка связать подъем частиц пыли с взаимодействием между этими частицами и сдвиговым течением в пограничном слое. Картина развития пылевого облака фотографировалась в серии экспериментов в ударных трубах, затем наблюдаемая в опытах высота облака сравнивалась с расчетной. При этом расчет движения частицы основан на следующих гипотезах. В режиме примыкания к движущейся УВ ламинарный пограничный слой газа очень тонкий, что порождает большие градиенты скорости. Частицы пьши в условиях этого сдвигового слоя приобретают подъемную силу в направлении градиента скорости воздуха (сила Саффмана). Этот факт может использоваться для расчета их траектории. Предполагается, что на подъем первых частиц с поверхности действуют только эта сила и сила аэродинамического сопротивления. Первоначально поднятые частицы формируют затем верхнюю кромку облака частиц. В теоретическом анализе, проводимом таюке в рамках подхода одиночных частиц, профиль скорости в пограничном слое предполагался синусоидальным. Оказалось, что принятая расчетная модель дает согласование с экспериментальными данными по высоте подъема пыли и характеристикам подъема на начальной стадии. Указано, что даже если сила Саффмана не является единственной силой, действующей на частицу в облаке непосредственно после прохождения УВ, она будет определяющей на начальной стадии развития. Поскольку сила Саффмана быстро убывает с увеличением толщины пограничного слоя, а течение в нем переходит к турбулентному режиму, применимость используемой модели ограничена коротким [c.187]

Интересно, что номограмма рис. 10.4 может классифицировать аэродинамические установки на уровне возмущения в них. Если получаемые в аэродинамической трубе данные по переходу удовлетворяют условию 1пе /8 = 0, то, видимо, можно утверждать, что ламинарно-турбулентный переход происходил минуя стадию линейного усиления возмущений, что соответствует так называемому высокоинтснсивному обходу [148]. [c.234]

Тем не менее, следует признать, что пока не создано универсального подхода для решения задачи об обтекании двугранного угла в самом общем случае. Имеющиеся экспериментальные данные пока еще не дают исчерпывающей информации о целом ряде важных особенностей изучаемого явления. Результаты отдельных работ, как правило, не поддаются количественному сопоставлению, многие характерные черты взаимодействия еще не поняты и не объяснены, а некоторые высказанные предположения противоречивы. Это существенно затрудняет обобщение и систематизацию результатов и их использование для практических целей и для построения соответствующих расчетных методов. В частности, слабо изучено влияние таких параметров, как число Рейнольдса, продольный градиент давления, плавное сопряжение между пересекающимися поверхностями на характеристики течения в области взаимодействия пограничных слоев. Нуждается в серьезном количествен1Юм анализе случай взаимодействия несимметрично развивающихся пограничных слоев. По существу, остается полностью открытым вопрос об аналогии между течениями в неограниченном двугранном угле и в каналах некруглого поперечного сечения. Наконец, необходимы дальнейшие уточнения структуры сдвигового потока в области течения, когда по длине угла реализуется ламинарно-турбулентный переход. Сам по себе этот вопрос не имеет прямого отношения к предмету настоящей книги, однако он дает возможность получить важную информацию об этапе развития течения, предшествующего стадии формирования развитого турбулентного режима движения в угловой конфигурации. [c.72]

Совокупность этих наблюдений дает основание считать, что переход к турбулентности в областях отрыва ламинарного пограничного слоя, по меньшей мере в маловозмущенном потоке, является следствием пространственного усиления возмущений завихренности первоначально малой амплитуды. Данные упомянутых исследований служат, в супщости, экспериментальным обоснованием физической модели ламинарно-турбулентного перехода, которая используется различными авторами в теории. В расчетах неустойчивости течения в отрывных пузырях подразумеваются ее конвективный (сносовый) характер и локальная зависимость свойств возмущений от основного течения. Таким образом, предполагается, что начальная стадия процесса перехода может быть описана в терминах линейного приближения локальной теории гидродинамической устойчивости, используемой с этой целью для течений в пристенных и свободных пограничных слоях. [c.227]

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]

Нелинейная область наиболее важна с точки зрения понимания физических процессов, ответственных за возникновение турбулентности. Именно здесь происходит собственно переход от хотя и возмущенного, но упорядоченного ламинарного течения к почти полностью стохастическому турбулентному состоянию. Характер течения в этой области определяется рядом взаимосвязанных нелинейных процессов, причем в зависимости от конкретных условий тот или иной механизм разрушения может стать доминирующим. В силу этого попытки более детального подробного деления процесса перехода в пограничном слое на последовательные стадии даже при низкой степени турбулентности набегающего потока выливаются в различные его сценарии. В частности, Стюарт [Stuart, 1965] выделяет следующие шесть областей [c.12]

К каждой из этих классификаций необходимо добавить самый первый этап, который может оказать определяющее влияние на все последующие, — этап возбуждения волн Толлмина — Шлихтинга внешними возмущениями. Характерно, что в них совпадают начальный (линейный) и конечный (окончательная турбулизация) этапы возникновения турбулентности. Отличия заключаются в классификации существенно нелинейных стадий перехода, что является, конечно, отражением не только собственных взглядов авторов, но и многообразия процессов, происходящих в малопротяженной, но чрезвычайно сложной области нелинейного, трехмерного разрушения ламинарного режима. [c.12]

Такой тип перехода был назван Морковиным обходным , т.е. минуя стадию развития волн Толлмина — Шлихтинга [Morkovin, 1984]. В соответствии с его гипотезой при повышении степени турбулентности набегающего потока пограничный слой кардинально изменяет свои свойства по отношению к преобразованию внешних вихревых возмущений в собственные колебания. Однако автор не указывает характерных механизмов разрушения ламинарного течения для этого типа перехода, а верхний предел Ти, за которым можно пренебречь ролью волн Толлмина — Шлихтинга, трудно указать. [c.199]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология