Возникновение вихревого движения жидкости

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ В ЖИДКОСТИ [c.99]

Перемешивание жидкости при вращении лопасти достигается за счет двух эффектов различного масштаба. Во-первых, при наличии относительной скорости движения лопасти и жидкости за лопастью как за телом плохообтекаемой формы возникает гидродинамический след (рис. 1.37, б), в котором происходит вихревое движение жидкости, что приводит к ее перемешиванию в плоскости вращения мешалки. Во-вторых, возникает циркуляционный эффект перемешивания, имеющий масштаб, равный размерам аппарата. Причина возникновения обычно двух циркуляционных контуров состоит в том, что вовлеченная во вращательное движение жидкость отбрасывается центробежной силой инерции к стенке сосуда. Наиболее интенсивно это происходит в плоскости вращения лопастей. У стенки сосуда поток жидкости разворачивается, и часть его начинает двигаться вверх, а другая часть -вниз. Контуры движения замыкаются (рис. 1.37, а) нисходящим (для верхнего контура) и восходящим (для нижнего контура) движением жидкости по центральной зоне аппарата. [c.113]

Возникновение вихревого движения в жидкости [c.138]

Гельмгольц сформулировал и математически обосновал закон сохранения энергии, сконструировал колебательный контур из катушки и емкости, выдвинул идею атомарного строения электричества, создал теорию вихревого движения жидкости, разработал резонансную теорию слуха, создал учение о цветном зрении, изобрел офтальмоскоп, объяснил возникновение морских волн и т. д. [c.43]

Эти реакторы имеют механическую мешалку с центральным валом и лопастями (лопатками), число которых обычно равно 6, реже 8 (рис.2). Лопасти могут быть прямыми или изогнутыми, часто их располагают в несколько ярусов, что обеспечивает более эффективное перемешивание больших объемов жидкости. В систему входят также отражательные перегородки - узкие металлические пластинки, прикрепленные к внутренним стенкам биореактора. Они предотвращают возникновение водоворотов и обеспечивают вихревое движение жидкости, равномерно распределяемое но всему объему реактора. Однако в ряде случаев они не могут быть применены (культивирование мицелиальных грибов), так как обрастают микроорганизмами (мицелием). Нежное и медленное перемешивание создается в биореакторах, предназначаемых для выращивания ьслеток животных и (в меньшей степени) растений. [c.37]

Изучению вихревого движения вне связи с эффектом температурного разделения посвящено множество работ, из которых интересно выделить исследования по объяснению явления распада так называемого концентрированного вихря, погруженного в поток и имеющего радиус по максимуму окружной скорости потока. Распад характеризуется возникновением на оси вихря критической точки, за которой возникает прилегающая к оси ограниченная область возвратного течения в форме пузыря (пузырьковая форма распада) для достаточно больших уровней закрутки и в форме спирали при средней закрутке. Эксперименты выполнены как с водой, так и с воздухом. Закрутку жидкости сообщали с помощью лопастного завихрителя. При этом отмечается, что распад вихрей [c.45]

Покажем наглядно возникновение осевого вихря в относительном движении. Рассмотрим движение идеальной жидкости, заполняющей круглый закрытый сосуд, который, в свою очередь, движется по круговой траектории относительно точки О (рис. 35). При движении сосуда абсолютное движение жидкости будет носить по инерции поступательный характер, что отмечено расположением стрелки N. Сосуд же, кроме поступательного движения, совершает поворот относительно своей оси, что вытекает из расположения отмеченной точки А. Сопоставляя положения конца стрелки N и отмеченной точки А, видим, что жидкость получает в относительном к сосуду движении вращение, обратное его переносному движению. Таким образом, безвихревое (поступательное) абсолютное движение является вихревым (вращательным) в относительном движении. [c.60]

Большинство свободноконвективных течений, представляющих интерес при изучении природных и технологических процессов, являются преимущественно турбулентными. Их отличает наличие хаотических пульсаций скорости, температуры и давления. Пульсационное поле и вихревое движение способствуют перемешиванию жидкости и возникновению процессов дополнительного переноса. При этом возрастают касательные напряжения и потоки энергии, в связи с чем актуальной становится задача определения характеристик турбулентного переноса. [c.71]

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]

В случае непрерывной химической переработки твердых материалов в псевдоожиженном слое необходимы данные о движении твердых частиц в слое и через слой. Данные о движении твердых частиц в псевдоожиженном слое представляют интерес также для изучения основных законов процесса псевдоожижеиия. Перемешивание твердых частиц в псевдоожиженном слое может происходить либо при процессе, подобном диффузии, либо при движении всей массы твердого материала. Движение основной массы материала псевдоожиженного слоя обычно связано с вихревым движением в слоях, псевдоожиженных жидкостью, или с возникновением пузырей в слоях, псевдоожиженных газом. Для достижения противотока между частицами и газом необходимо поддерживать движение частиц в режиме полного вытеснения, для чего нужно найти способ уменьшения общего перемешивания частиц. В высоких слоях материала большой илотности падение давления больше и поэтому происходит большее расширение газа с бурным образованием пузырей, движущихся вверх слоя. [c.83]

Из приведенных данных также видно, что на большей части сопла существует докритический режим течения жидкости. Таким образом, жидкость, поступающая из вихревой камеры в сопло, в рассматриваемом случае течет из области с докритическим режимом в область также с докритическим режимом. На рис. 15 видно, что подобное движение жидкости, так же как и в водосливе с широким порогом, сопровождается возникновением ряда стоячих воЛн. Однако к концу сопла волны пропадают, а те- [c.67]

В частности, в случае движения одного слоя жидкости вдоль другого при наличии поперечного градиента скорости появляются возмущения, приводящие при достаточно больших числах Не к возникновению турбулентности. Граница раздела между ними неустойчива. В этой области возникает вихревое движение, превращающее первоначально равномерное движение в хаотическое. Вдоль по течению область распространения хаотического движения расширяется. [c.86]

Скорость потока определяет характер механизма гидроэрозии и интенсивность процесса разрушения металла при кавитации. Известно, что поток жидкости при встрече с препятствием образует вихревые движения. При высоких скоростях потока происходит срыв вихрей с интенсивным образованием кавитационных полостей. Частота срывов вихрей возрастает с увеличением скорости потока. Возникающие в вихревом потоке разрывы способствуют образованию отдельных микрообъемов жидкости, которые в определенный момент приобретают большую кинетическую энергию, а энергия расходуется при движении и ударе на разрушение микрообъемов металла. При высоких скоростях потока возможны и другие явления, вызывающие разрушение металла в микрообъемах. В некоторых работах [32, 58 ] указана вероятность возникновения в потоке высокочастотных импульсов отрыва жидкости, которые могут вызвать разрушение металла на отдельных микроучастках поверхности. Вопросы, связанные с влиянием скорости потока на механизм гидроэрозии металла, мало исследованы, и пока нет возможности предложить утвердительные практические рекомендации. [c.55]

Возникновение вихревых потоков в барабане из-за непрерывной подачи жидкости недопустимо, поэтому зону питания отделяют от зоны осаждения. Отстаивание (разделение) на сплошной стенке происходит при движении суспензии вдоль ротора, вследствие чего суспензию подают как можно дальше от кольцевого борта барабана, через который сливается отстоявшаяся жидкость. [c.1716]

Применение основных теорем динамики идеальной жидкости связано с ограничениями, определяющими область возможного применения этих теорем при решении задач по исследованию движения жидкости в проточной части лопастных машин. Последовательное применение уравнений движения идеальной жидкости показывает, что не всякое поле скоростей может быть создано в идеальной жидкости, баротропно движущейся под действием потенциального поля массовых сил, в частности, в несжимаемой жидкости, движущейся в поле сил тяжести. Все эти обстоятельства должны учитываться при экспериментальном и теоретическом исследовании движения жидкости в проточной части машин. Для формирования в проточной части машины специального типа потока необходимо наметить механизм возникновения нужного типа потока на основе механики идеальной жидкости с использованием вихревой системы, образование которой является результатом действия сил вязкости. [c.42]

Позже была изучена гидродинамика потока в цилиндрических роторах [99] и в конических [6]. Оказалось, что движение жидкости может захватить значительную часть объема ротора в результате возникновения вихревых потоков. [c.135]

В целях повышения эффективности конструкция экстракционной колонны была несколько изменена в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5. Максимальное использование верхней части колонны было достигнуто тангенциальной установкой патрубка для подачи воды примерно на 1,5 ниже трубопровода для отвода насыщенного бутилацетата в слой отделенного растворителя. Тангенциальная подача воды вызывает ее горизонтальное вихревое движение в слое растворителя, что способствует распылению воды, возникновению большей поверхности и большей продолжительности соприкосновения обеих фаз. Кроме того, кругообразное движение жидкостей в нижней части предотвращает возникновение самостоятельных потоков отдельных фаз. [c.292]

Имеются указания па то, что насадка в колонке для извлечения далеко не всегда необходима и что в, ряде случаев лучше пользоваться колонкой без насадки. Разумеется, при этом должно быть предусмотрено достаточно эффективное распределительное устройство для пропускания одной жидкости через другую в виде капель как можно меньшего размера. При таком способе непрерывного извлечения всегда следует опасаться возникновения более или менее значительных вихревых движений в непрерывной фазе, что, естественно, может нарушить состояние фазового равновесия в каждом отрезке колонки, эквивалентном одной теоретической тарелке, и, следовательно, понизить эффективность прибора. [c.138]

Вихревое движение внутри межлопаточных каналов показано во втором канале. Возникновение этого движения объясняется вращением каналов поскольку каналы вращаются, а вращение жидкости в абсолютном движении отсутствует, то наблюдателю, связанному со стенками канала, будет казаться, что жидкость вращается в каналах в сторону, противоположную вращению рабочего колеса. На рис. 3-7 (канал //) показано распределение скоростей в средней части канала, вызванное вихревым движением. [c.29]

Процесс эмульгирования связан с явлениями гидродинамической нестабильности. Одно из них — переход от ламинарного режима течения к турбулентному, или вихревому,— происходит при числах Рейнольдса, превышающих 2320 (см. с. 121). Турбулентный режим течения сопровождается образованием вихрей, вызывающих отрыв мелких капель. Другой вид гидродинамической нестабильности наблюдается при относительном перемещении жидкостей. Движение объемов двух контактирующих жидкостей способствует возникновению волн на границе фаз, а при больших скоростях приводит к вытягиванию нитей жидкости и отрыву капель. [c.178]

Нужно учесть, однако, что движение поверхностного слоя происходит по неподвижной жидкости. Движение с увеличивающейся скоростью обусловливает возникновение расширяющегося вихревого слоя. [c.98]

Известно, что при возникновении в сверхпроводнике транспортного тока (наложении потенциала поляризации) вихри под действием силы Лоренца стремятся увеличить свой размер, вследствие чего происходит движение и разрыв вихревых нитей. Перемещение вихрей в условиях жесткой решетки и поверхностной пленки жидкости сопровождается движением ассоциатов. Однако в критических условиях, когда потенциальные барьеры, удерживающие вихри на ассоциатах, становятся преодолимыми, вихри способны отрываться от материнской структуры с закреплением (пиннингом) на структурных дефектах сопряженной среды в аксиальном направлении, так как сила Лоренца вихря направлена параллельно каналам вихревой решетки. [c.142]

Исключение составляет лишь небольшой участок вблизи ребра, разделяющего прток и препятствующего возникновению вихревого движения в правой части канала. Приближенно можно принять, что половина расхода жидкости подходит к рабочему колесу без закручивания (С1и = 0), а вторая половина — с моментом количества движения, равным сь (1н/2 + кь12), где Ль — ширина подвода во входном сечении подвода 8—Ь сь — средняя скорость в этом сечении. Следовательно, средняя окружная проекция скорости С и, согласно закону сохранения момента количества движения, [c.72]

Оказывается, что наличие энергетической щели однозначно приводит к тому, что при абсолютной температуре О соответствующая жидкость не может производить такой передачи. Для этого в жидкости должно было вовникнуть соответствующее внутреннее движение, а наличие щели делает это возникновение-невозможным. Это относится к абсолютной температуре 0. Если теперь температура не равна абсолютному нулю, то такое рассуждение становится неприменимым, а мы должны рассматривать то тепловое движение, которое возникает при соответствующей температуре в этой жидкости. Это тепловое движение сразу разделяется на 2 группы — на вихревое и безвихревое. Безвихревое движение жидкости — не что иное, как самый обыкновенный звук или, как этот обыкновенный звук называют с определенными основаниями в квантовой механике,, кванты, звука или фононы. [c.15]

Возникновение вихревых ударных потерь зависит от многих факторов, например, от отрывного обтекания входных кромок лопастей колеса в режимах работы насоса, отличных от безударного. На рис. 53 показано отрывное обтекание лопастей на перегрузочных и недогрузочных режимах. Образующаяся в месте отрыва полость заполнена жидкостью, не участвующей в поступательном движении. Внешняя граница зоны отрыва неустойчива. [c.99]

Возникновение вихрей имеет место при движении жидкости в пограничном слое на стенках колеса из области повышенного давления на напорной стороне лопасти в область пониженного давления на всасывающей сторойе смежной лопасти. Эго приводит к возникновению вторичных токов и образованию так называемых концевых вихрей (рис. 83). Возникновение этих вихрей в известной мере аналогично явлениям, Рис. 82. Отрыв потока от поверхности лопа-происходящим в плавном колене сти и образование сбегающих вихрей трубопровода (см. рис. 92). В коленах трубопроводов разность давлений обусловлена действием центробежной силы при повороте струи. Теоретическое исследование этого явления произвел Лоренц, определив величину теряемой энергии, В лопастных машинах интенсивность такого вихревого движения зависит от разности давлений по обе стороны лопасти, т. е. от удельной нагрузки, приходящейся нд нее. [c.144]

Покажем возникновение осевого вихря в относительном движении. Пусть идеальная жидкость заполняет круглый закрытый сосуд, двигающийся по круговой траектории относительно точки 0. При движении сосуда абсолютное движение жидкости в силу инерции будет поступательным (показано стрелкой Л ). Совершая поступательное движение, сосуд, кроме того, поворачивается относительно своей оси, как это следует из расположения точки А. Сопоставляя положение ко ца стрелки N и точки А, видим, что жидкость в относительном к сосуду движении совершает вращение, обратное его переносному движению. Следовательно, беввих-ревое (поступательное) движение жидкости является вихревым (вращательным) в относительном движении (рис. 11-4,6). [c.62]

При движении жидкости по изогнутому каналу (например, по змеевику) возникают центробежные силы, отжимающие жидкость к внешней стенке канала и создающие в поперечном сечении потока циркуляционные токи — так называемую вторичную циркуляцию (рис. 1). Возникновение вторичной циркуляции и ее развитие с возрастанием скорости потока изучалось визуально [Л.1] с помощью струек окрашенной жидкости, вводимых в поток воды, движущейся по спиральной стеклянной трубке. Было установлено, что при наличии вторичной циркуляции имеет место упорядоченное движение жидкости со сложными траекториями не-смешивающихся струек и цереход к неупорядоченному, вихревому движению, характеризующемуся всеми признаками турбулентности, происходит при значениях Яе, значительно больших, чем это имеет место при движении в прямых трубках. [c.255]

Гидравлические потери в насосе на всем участке движения перекачиваемой жидкости от входа в насос до выхода из него складываются из потерь на трение жидкости о направляющие ее поверхности и вихревых потерь. Первые потери зависят от шероховатости стенок и размеров проточной части. Эти потери пропорциональны квадрату средней скорости течения. Возникновение вихревых потерь зависит от многих факторов. Особенно большие вихревые потери возникают при резком повороте потока и внезапнбм расширении сечения, так называемые потери на удар. Значительные вихревые потери возникают при отрыве потока от входных кромок лопастей колеса на режимах работы насоса, отличающихся от расчетного. [c.27]

В гидродинамике доказывается, что движения идеальной жидкости, бывшие безвихревыми в некоторый момент времени, всегда остаются безвлхревыми. Если же движение было в некоторый момент вихревым, оно всегда будет вихревым. Возникновение вихрей должно быть вызвано специальными причинами, например вязкостью газа или жидкости. [c.103]

Рабочий процесс вихревого насоса основан на передаче энергии лопастями рабочего колеса потоку жидкости в канале в результате переноса импульса (количества движения) от жидкости, движущейся в ячейках рабочего колеса, к жидкости, движущейся в рабочем канале насоса. Перенос импульса осуществляется за счет увлекающего действия колеса и вследствие возникновения продольных и радиальных вихрей. Передача энергии сложной системой продольных и радиальных вихрей сопровождается большими потерями энергии, поэтому КПД вихревых насосов на оптимальных режимах работы ниже (0,20...0,60), чем у центробежных, несмотря на существенно большую (в 1,5...2 раза) напороспособность при одинаковых значениях окружных скоростей. Из принципа действия вихревых [c.77]

Кроме периодических движений тел, причиной возникновения акустических волн в среде может быть вихреоб-разование при обтекании тел потоком. Например, при вращении винтов в воздухе и воде создается звук, соответствующий периодическому движению лопастей (звук вращения), а также вихревой звук или шум сложного спектрального состава, возникающий при обтекании лопастей потоком. Кроме того, в жидкостях шум порождается также турбулентностью потока и гидродинамической кавитацией [40]. [c.164]

Если система находится вблизи состояния равновесия, когда перенос осуществляется под действием малых разностей интенсиалов, то уравнение (157) справедливо для любых явлений. С увеличением степени неравновесности результаты рассмотрения отдельных явлений с помощью уравнения (157) заметно искажаются, так как возникают дополнительные степени свободы, начинает заметно сказываться неучтенная специфика распространения и взаимодействия соответствующих веществ и т. д. Например, вблизи равновесия механическая степень свободы, определяемая равенством (43), ничем не осложняется. С увеличением разности давлений появляется скорость перемещения объектов, заметно отличающаяся от нуля, а с нею и новая кинетическая (метрическая) степень свободы. Неучет этой новой степени может привести к существенным ошибкам. Другой пример при малой скорости жидкость движется ламинарно, при большой движение становится тур- булентным, вихревым, то есть появляется дополнительная вращательная степень свободы. Третий пример распространение электрического заряда вблизи состояния равновесия не влечет за собой никаких неприятностей. С возрастанием разности электрических потенциалов движение заряда сопровождается возникновением кинетической степени свободы и магнитного поля, которыми уже невозможно пренебречь. [c.162]