Законы подобия турбулентного потока

Рассмотрим первоначально подобие граничных условий. Как указывалось, при турбулентном движении жидкости тепло у границы потока, т. е. в непосредственной близости от твердой стенки, передается теплопроводностью через пограничный слой ь направлении, перпендикулярном направлению движения потоки. Следовательно, по закону Фурье [уравнение (VII,8)1 количество тепла, проходящее в пограничном слое толщиной 6 через площадь сечения dF за время dx, составляет [c.280]

Наряду с изотропным однородным турбулентным потоком, законы подобия которого были рассмотрены в предыдущей главе, фундаментальное значение имеет исследование потока с поперечным сдвигом. Так называется в среднем стационарный и однородный в продольном направлении турбулентный поток, средняя скорость и все статистические характеристики которого зависят только от одной поперечной координаты (рис. 11.1). Простейшая реализация такого течения получается в трубе или в канале вдали от входа, при обтекании пластинки вдали от ее передней кромки, в пограничном слое атмосферы и т. д. Вблизи ограничивающей поток твердой стенки можно считать напряжение сдвига постоянным. [c.179]

Несмотря на сложный характер локальных течений в вязком слое турбулентного сдвигового потока, некоторые их статистические характеристики хорошо описываются законами подобия, получающимися методом анализа размерностей с привлечением понятия неполной автомодельности. Продемонстрируем это здесь на примере определения среднего времени между взрывами Гв, т. е, среднего времени циклического процесса, происходящего вблизи стенок. Эта величина может зависеть от динамической скорости кинематической вязкости V и внешнего масштаба Л, откуда, применяя анализ размерностей, получаем [c.191]

Стратификация течения вводит в рассмотрение некоторый характерный вертикальный масштаб — расстояние по вертикали, на котором плотность жидкости меняется на существенную для динамики потока величину. Стратификация считается сильной, если характерные вертикальные размеры потока существенно превосходят этот масштаб. В настоящей главе рассматриваются, в основном, законы подобия для явлений турбулентности в жидкости с сильно устойчивой стратификацией, представляющих существенный интерес для геофизической гидродинамики. [c.194]

На нарушение (2.4) указывает спектральная обработка прямых пульсационных измерений потоков [54, 57]. Обращает на себя внимание, что максимумы в спектрах потоков тепла, влаги и количества движения разнесены по частоте. Не совпадают также и дробные законы спектральных функций. Это ставит под сомнение подобие процессов тепло- и массообмена уже на микромасштабном уровне. В качестве наводящего соображения здесь можно сказать о том, что поток явного тепла между средами (т. е. нагревание одной среды другой) может быть не связан с потоком массы и осуществляется за счет переноса теплорода (в терминах времен начала развития термодинамики). Другими словами, для осуществления такого потока достаточно термического контраста между средами. Поток же влаги осуществляется переносом вещества, массы и связан с работой сил плавучести в привод-н ом слое против силы тяжести. В этом смысле термин турбулентные потоки по отношению к потокам явного тепла не совсем точный, так как указывает лишь механизм, а не причину возникших [c.30]

Следует различать два случая конвективного теплопереноса ламинарный и турбулентный. Если ламинарному процессу уделено большое внимание, связанное с обеспечением стабильности потоков, а следовательно, и стабильности условий роста, то турбулентному процессу внимания уделено явно недостаточно. Это связано с тем, что теория турбулентности в настоящее время еще не развита [61]. Единственным способом получения аналитических закономерностей для конвекции в расплаве с высокими уровнями тепловыделения являются качественные оценки, связанные с учетом симметрии системы, закона сохранения, эффектов подобия и размерности. Важную информацию дает также метод численного моделирования, однако этот метод не позволяет продвинуться в ту область параметров, которая не поддается данному моделированию. [c.58]

Турбулентная струя характеризуется беспорядочным движением вихревых масс. Особенностью свободной турбулентной струи является то, что поперечные скорости в любом ее сечении малы по сравнению с осевой скоростью, поэтому все основные характеристики струи связаны с осевой скоростью. Закон изменения пути смешения Н но длине смесителя устанавливается на основании подобия скоростных нолей пограничных слоев в различных поперечных сечениях свободного потока. [c.299]

При истечении турбулентных изотермических и неизотермических струй имеется подобие скоростных, температурных и концентрационных полей. Различие скоростных полей турбулентной струи, втекающей в движущийся ноток, и турбулентной струи, втекающей в неподвижный ПОРОК, в первую очередь связано с определением экспериментальной константы а, величина которой колеблется в пределах 0,07—0,11. Поэтому можно предположить принцип подобия и для турбулентных струй, втекающих в подвижный поток, и как следствие этого — сохранение закона изменения скоростей, температур и концентраций по длине смесителя по закону турбулентной струи, втекающей в неподвижный поток. Наличие движущегося потока способствует лучшему перемешиванию, и путь смешения будет в действительности короче, чем это можно рассчитать по теории турбулентных струй. [c.300]

Что касается неограниченного двугранного угла, то исследования турбулентных пограничных слоев в такой конфигурации не столь многочисленны, и процесс создания эффективных методов расчета еще далек от своего завершения. Не лyчaй ю поэтому разработанные на ранней стадии исследований методы расчета болыпей частью ограничивались анализом лишь самых общих свойств несжимаемого сдвигового течения. В частности, в [3] при нулевом градиенте давления и в 163] при произвольном его значении предложены приближенные методы расчета интегральных характеристик несжимаемого погранич[Юго слоя, в основу которых положено предположение о существовании закона подобия профилей скорости в области взаимодействия. Естественно, что указанное, а также некоторые другие допущения в то время не позволили получить точные количественные результаты. Позднее интегральные подходы были развиты в работах [64—67 ]. На этом этапе исследований, по-видимому, в определенной мере сказалось отсутствие надежных экспериментальных данных о такого рода течениях. Действительно, несколько позднее лишь в [68 1 для симметричной конфигурации была получена подробная экспериментальная информация об интегральных характеристиках norpanH4iraro слоя, распределении трения и некоторых характеристиках турбулентности при обтекании угла = 90 несжимаемым потоком. На основе результатов эксперимента предложена эмпирическая зависимость [c.71]

В реальных металлургических процессах массопере-дача не протекает в спокойных, неперемешиваемых газах и жидкостях. Она осложнена наличием тепловых и других потоков и поэтому не может быть описана при помощи закона Фика. В этих процессах на явление молекулярной диффузии накладывается перенос вещества, объясняющийся наличием потоков масс жидкости или газа, которые вызываются, например, разностью температур. Такой смешанный процесс массопередачи называется конвективной диффузией. Еще более сложный характер движения наблюдается, когда при перемешивании возникают завихрения (турбулентность) и пуль- ации. Для расчетов скорости массопередачи в подобных условиях уже недостаточно законов диффузии. При этом необходимо также учитывать законы движения жидкостей и газов. Потоки в металлургических агрегатах обычно имеют сложный характер и теоретические расчеты массопередачи практически невозможны, поэтому в данном случае пользуются теорией подобия, или теорией размерностей. [c.187]

Исследования, которые выясняют этот вопрос, могут вестись различными методами. По одному из них в поток воды вводят вдоль оси трубы по тонкой трубке окрашенную жидкость. При ламинарном потоке она течет узкой струей вдоль осп стеклянной трубы. По мере увеличения скорости наступает момент, когда окрашенная жидкость начинает распространяться по всему поперечному сечению трубы. Это явление означает начало турбулентности. Другой метод основан на опытном измерении сопротивлений и на устагювлении предела приложимости закона Пуазейля (1-113). Результаты таких исследований можно связать с критерием подобия потока, т. е. с числом Рейнольдса. Было найдено, как указывалосьлзыше, что для прямых трубопроводов поток имеет ламинарный характер, когда число Рейнольдса меньше некоторого критического значения Кскр = 2100. Исследования показали также, что условием турбулентности является значение числа Рейнольдса Ре ЗЮО. В интервале 2100 Ре 3100 находится так называемая переходная область, в которой поток может быть в некоторых местах ламинарным или турбулентным, в зависимости от различных местных причин. [c.38]