Турбулентное течение вдоль пластины

Кроме того, в работе [78] используется также следующее выражение, справедливое для турбулентного течения вдоль шероховатой пластины [c.271]

Аналогия основана на предположении, что соотношения, описывающие теплообмен и перенос количества движения поперек потока жидкости (касательное напряженне между слоями жидкости локально равно изменению ее количества движения), подобны для потоков жидкости с одинаковыми граничными условиями. Хотя это предположение справедливо только для ламинарного режима течения вдоль плоской пластины при отсутствии градиента давления с Рг = 1, оно достаточно общее и может применяться к турбулентному режиму течения и к телам другой геометрии. В этом предположении при Рг = 1 распределения скорости и температуры в пограничном слое идентичны. Тогда между теплоотдачей н гидравлическим сопротивлением жидкости может быть установлена простая зависимость аналогия Рейнольдса [c.62]

Итак, относительная скорость и относительная температура определены как тождественные функции координат. Но тождество в относительном представлении есть подобие абсолютных величин. Можно, следовательно, утверждать, что п р и течении газа вдоль пластины в турбулентном пограничном слое поля температуры и скорости подобны между собой. [c.207]

Как было выяснено, физические условия теплового и динамического взаимодействия твердого тела с обтекающей его жидкостью в некоторых отношениях принципиально различны ( 10). Это обстоятельство в явной форме отражается на основных уравнениях и граничных условиях тепловой и, соответственно, динамической задачи. Только в случае продольно обтекаемой пластины тепловые и динамические эффекты приобретают одинаковый характер и отмеченные различия отпадают. Поэтому сопоставим свойства теплового и динамического пограничного слоя в условиях турбулентного течения жидкости вдоль пластины. [c.221]

Плоская пластина. При течении жидкости (газа) вдоль плоской поверхности (пластины) в пристенной зоне образуется гидродинамический пограничный слой, в пределах которого скорость изменяется от значения оУо на внешней границе до нуля на стенке. На начальном участке пластины, пока пограничный слой тонкий, течение ламинарное. Далее, на некотором расстоянии Хкр от передней кромки пластины течение в пограничном слое становится турбулентным. Условная граница перехода от ламинарного режима течения к турбулентному определяется критическим значением числа Рейнольдса [c.173]

Как и в других сходных ситуациях, понимание динамики развития этого типа трехмерного взаимодействия существенно облегчается при использовании упрощенных геометрий, которые позволяют детально исследовать основные механизмы течения. При этом конструктивные особенности реальных входных устройств, как правило, не моделируются. Такие конфигурации обычно состоят из генератора скачка, например, острого или затупленного клина (киля), установленного на плоской пластине. Взаимодействие скачка уплотнения, генерируемого клином, с турбулентным пограничным слоем, формирующимся на пластине, приводит к трехмерной структуре. Определяющими параметрами, характеризующими структуру такого течения, являются число Рейнольдса, число Маха, угол отклонения клина (либо число Маха по нормали к скачку или к первичной линии стекания), а также свойства исходного пограничного слоя. В зависимости от значений этих параметров взаимодействие может быть достаточно сильным, вплоть до образования отрыва пограничного слоя. Основной особенностью таких течений является формирование вихревой структуры, обнаруженной как экспериментальными, так и расчетными исследованиями. Доминирующее движение вихря характеризуется его вращением против часовой стрелки, если смотреть вдоль оси вихря из точки пересечения передней кромки расположенного слева от наблюдателя клина и плоской пластины. [c.310]

Аннотация. Во введении к этой главе сравниваются механизмы ламинарного и турбулентного течений в трубах, а также рассматривается переходной режим. В первом разделе приведены основные зависимости, основанные на законах сохранения вещества и энергии, а также на законах динамики. Второй раздел посвящен ламинарному потоку в каналах, имеющих круглое и некруглое поперечное сечения. В третьем разделе рассматривается турбулентное течение вдоль пластин и в трубах, приводятся данные по профилю скоростей и коэффициентов трения для гладких и щероховатых труб и методы расчета падения давления. В четвертом разделе рассматриваются изменения давления, связанные с внезапным сужением или расширением поперечного сечения и сопротивление элементов трубопроводов, а также потери давления в пучках труб. Пятый раздел посвящен падению давления при наружном обтекании труб. Приводится несколько иллюстративных задач. [c.197]

Очень тонкий ламинарный слой, непосредственно примыкающий к стенке, обычно называют ламинарным подслоем, так как в этой области преобладаю вязкие силы. К этому подслою примыкает область с сильно развитым турбулентным течением, называемая переходным слоем, в котором средняя скороси. в осевом направлении быстро увеличивается с расстоянием от стенки. Третья область — основной поток — отличается от двух предыдущих тем, что в пей преобладают инерционные силы, а изменения скорости с расстоянием от стенки относительно малы. В переходном слое развивается интенсивная мелкомасштабная турбулентность, в то время как в основном потоке существует крупномасштабная турбулентность. На самом деле большинство вихрей образуется, конечно, на стенке и перемещается затем в основной ноток, где они затухают. Они зарождаются в виде мелких вихрей, имеющих высокие скорости, и затухают в виде крупных вихрей, имеющих низкие скорости. Пограничньп слой очень тонок на входе в канал или на передней кромке плоской пластины и утолщается с расстоянием вниз но потоку вдоль стенки, по мере того как силы сопротивления замедляют все большую массу жидкости. Эффект утолще ния пограничного слоя показан на рис. 3.6 и 3.7 [16, 17]. [c.46]

На рис. 1.5, а схематически показана модель движения жидко сти вдоль пластины, включающая два режима течения — ламинар ный и турбулентный. На переднем участке пластины л <л кр обра зуется ламинарный гидродинамический пограничный слой толщи ной бл(л ). Как только становится больше критической, дви- [c.17]

Когда турбулентный поток вступает в контакт с обтекаемой поверхностью (рис. II. 12) сначала образуется ламинарный пограничный слой, подобный рассмотренному выше. По достижении некоторого критического размера ламинарное движение в пограничном слое становится неустойчивым (точка А) и развивается турбулентность. В переходной зоне, ограниченной точками А и В, турбулентность распространяется на всю толщину пограничного слоя /, за исключением тонкого слоя вблизи стенки называемого вязким подслоем II. В нем имеет место струйное течение, которое подвергается, однако, интенсивным внешним возмущениям, вызванным проникновением турбулентных пульсаций из ядра потока. Эти пульсации затухают и не приводят к развитию турбулентности, поскольку в вязком подслое определяющую роль играют силь вязкости. Резкой границы между вязким подслоем и т фбулентным пограничным слоем нет. Между ними имеется небольшая переходная область. В связи с малой толщиной вязкого подслоя измерить экспериментально распределение скоростей в нем не удается. Поэтому нет сведений относительно изменения толщины вязкого подслоя по длине. Обычно считают, что его толщина в развитом турбулентном пограничном слое остается по длине неизменной. Условия развития турбулентности в пограничном слое определяются формой и состоянием обтекаемой поверхности (шероховатостью), условиями обтекания и степенью турбулентности потока жидкости. Переход пограничного слоя от ламинарного режима движения к турбулентному определяется критическим значением критерия Рейнольдса Ке кр, для нахождения которого в качестве определяющего размера принимается длина в направлении потока I. Для пластин и тел вращения большой длины при движении жидкости вдоль твердого тела Ке кр = = 2-10 - 2-10 . Для тел другой формы Ке кр меньше. [c.116]

Ламинарный профиль однофазного течения был значительно более наполненным, чем классический теоретический профиль Блазиуса (аи 0) вследствие турбулентности внешнего потока (в условиях данных экспериментов (Ти 6, 5%). Традиционный профиль Блазиуса для ламинарного пограничного слоя однофазного потока на плоской пластине представляется в координатах UxfUxo = /(<р), где ip = y JUxofvx. При значении v = 5,0 относительная скорость Ux/Uxo = 0,99, т. е. это значение определяет толщину пограничного слоя <5э9, а именно, Sqq/x = 5/ Zne ". При использовании такого традиционного определения растянутая погранслойная координата (р связана с относительной координатой у = у/Sqq соотношением (р = 5 у/6дд) = 5у. На рис. 5.38 профиль Блазиуса построен для экспериментального значения gg = 0,85 мм. Измерительное сечение отстоит на расстояние х = 23, б мм, что соответствует R x = 2,1 10 , отсчитываемому от передней критической точки вдоль обтекаемой поверхности. При соблюдении указанных выше соотношений между (5gg/х и R x, характерных для обтекания невозмущенным потоком плоской пластины, расчетное значение <5дд = 0,81 мм, что лишь на несколько процентов отличается от измеренного значения на стержне с полусферическим затуплением. Это согласуется с литературными данными [29], согласно которым турбулизация внешнего потока должна приводить к росту толщины ламинарного пограничного слоя. [c.160]

Второй участок характеризуется возрастанием локальной интенсивности массообмена вследствие изменения характера течения. При этом скорость агента несколько уменьшается ввиду турбулизации и подсоса воздуха, а давление вдоль поверхпостп пластины почти пе меняется. Переход от ламинарного течения к развитому турбулентному, как показал расчет, происходит при числе Рейнольдса от 1,7-10 до 2,2-10 . Этот участок соответствует переходной области. [c.257]

Рассмотрим свободную конвекцию воздуха вдоль нагретой вертикальной трубы (рис. 7.1). Как и при вынужденном обтекании, около трубы имеется пограничный слой. Вначале толщина слоя и скорость воздуха малы, течение ламинарное. Коэффициент теплоотдачи а в этой области по мере продвижения вверх уменьшается. Далее, при определенной толщине слоя ламинарное течение теряет устойчивость, струйки воздуха испытывают поперечные колебания и течение становится волновым (локонообразным). В верхней части трубы упорядоченное движение нарушается, воздух интенсивно перемешивается, образующиеся вихри систематически отрываются от поверхности трубы, т.е. здесь имеет место турбулентный режим движения воздуха. Таким образом, как и при вынужденном обтекании пластины, в случае свободной конвекции около вертикальной трубы (или вертикальной плоской стенки) наблюдается ламинарный, переходный и турбулентный режимы течения в пограничном слое. В соответствии с этим находится и характер изменения а по высоте стенки (рис. 7.1). В области турбулентного пограничного слоя значение а практически постоянно, так как оно в значительной степени зависит от толщины вязкого подслоя, которая (в отличие от вынужденного обтекания пластины) не возрастает, а остается постоянной. В первую очередь это объясняется тем, что по мере продвижения к верхнему краю стенки скорость свободного движения воздуха увеличивается, в то время как при вынужденном обтекании пластины [c.218]

Болес сложный случай явно неравновесного течения на плоской пластине при наличии переменного внешнего градиентного поля изучался в [45]. Авторы смоделировали турбулентный пограничный слой в условиях, когда по длине пластине продольный градиент давления менялся по знаку. После участка 1 с нулевым градиентом давления йр/йх следует участок 2, где йр/йх > О, что соответствует диффузорному характеру пограничного слоя, т.е. убыванию скорости на внешней его границе. Затем следует конфузорный участок 3 с отрицательным градиентом давления и возрастающей вдоль потока скоростью и, наконец, снова диффузорный участок 4, где йр/йх > 0. Заключительная область поля течения характеризуется конфузорным участком 5, где йр/йх < 0. Эксперимент поставлен таким образом, что на конфузорных участках исключался эффект реламинаризации, а на диффузорных — отрыв пограничного слоя. [c.290]

В заключение остановимся на некоторых результатах визуального исследования [1.81], касающихся рассматриваемого вопроса. В опытах [1.81 с помощью стереоскопической фотооптической системы проводились наблюдения за движением взвешенных в жидкости мелких частиц, размером около 70 мкм, в турбулентном пограничном слое, развивающемся на плоской пластине. В результате тщательных наблюдений авторы [1.81] пришли к выводу, что полоски ускоренной жидкости суть не что иное как трехмерные пальцеобразные вторжения ускоренной жидкости в пристеночную зону течения. При этом выбросы — это те объемы замедленной жидкости, которые попадают между пальцеобразными вторжениями и, согласно условию неразрывности, выталкиваются во внешнюю область течения в пограничном слое. В соответствии с описанной картиной течения вблизи стенки вдоль пальцеобразных вторжений образуются малоинтенсивные продольно ориентированные вихри относительно небольшого диаметра. В противоположность приведенной выше точке зрения, в [1.81] отмечается, что не продольные вихри являются причиной образования вблизи стенки полосок замедленной и ускоренной жидкости, а также выбросов и вторжений, а наоборот, эти вихри являются следствием взаимодействия вторгающихся извне в пристеночную область порций ускоренной жидкости с находящейся вблизи стенки замедленной жидкостью. Как указывается в [1.81], при осреднении по ансамблю совокупности наблюдаемых в опытах поперечно и продольно ориентированных вихрей получающаяся в результате вихревая структура имеет вид подковообразного вихря Теодорсена [1.76]. В [1.81] считается, что такого рода вихревая структура лучше всего подходит для описания течения в пристеночной области турбулентного пограничного слоя, однако ее практически невозможно наблюдать в реальной пристеночной турбулентности, если не прибегать к осреднению. [c.56]

Иной путь заполнения частотного спектра пульсаций в нелинейной области перехода, помимо резонансного усиления субгармоники, представляет собой комбинационные взаимодействия спектральных компонент пакета колебаний, усиленного на предшествующем этапе линейного развития возмущений. Возможность данного сценария известна из результатов экспериментальных исследований других сдвиговых течений пограничного слоя на плоской пластине [Качанов и др., 19786] и следа за тонкой пластиной, расположенной вдоль потока [Sato, 1970 Miksad et al., 1983]. В указанных работах при возбуждении колебаний двух частот Д и Д на нелинейной стадии перехода наблюдалась генерация спектральных компонент на частотах m/j лД, следуя данным [Качанов и др., 19786], и л(Д Д), согласно [Sato, 1970], где т, п — целые числа. Переход течения к стохастическому состоянию заключается в этом случае в постепенном заполнении частотного спектра пульсаций, приводящем при несоизмеримых частотах колебаний к сплошному турбулентному спектральному распределению. [c.251]