Свободная турбулентность. Развитие турбулентности

В большинстве теоретических исследований пленочного течения при турбулентном режиме принимается трехслойная модель потока, состоящего из вязкого подслоя, переходной области и области развитого турбулентного течения вблизи свободной поверхности пленки. Распределение скоростей в этих областях описывается с помощью универсального профиля скоростей [см. уравнение (11.88)], [c.136]

В условиях развитой свободной турбулентности из уравнений массопередачи исключаются коэффициенты молекулярной диффузии, показатель же степени имеет малую [29] величину, близкую к нулю. Специальными исследованиями показано [291, [30], что соотношение между коэффициентами массопередачи для легко- и труднорастворимых газов в режиме развитой турбулентности определяется соотношением коэффициентов растворимости газов или соответственно констант Генри. Таким образом, для режима развитой свободной турбулентности будет справедлива пропорциональность [c.248]

Практически в соответствии с обычными гидродинамическими режимами проведения диффузионных процессов показатель степени п при числе Прандтля должен меняться в пределах от 1/3 (ламинарный режиму, если условно допустить применение этого термина к двухфазному потоку, до 1-(режим развитой свободной турбулентности). [c.246]

Свободная турбулентность. Развитие турбулентности [c.112]

Теория свободной турбулентности, т. е. турбулентности, развивающейся в случае движения потоков без фиксированных границ, была развита на основе воззрений Прандтля и Кармана [117] рядом исследований. Тэйлор и другие исследователи, чтобы объяснить некоторые явления, наблюдаемые при свободной турбулентности, разработали теорию переноса вихрей. При поперечном переносе вихрей, возникающих в турбулентном потоке, появляются турбулентные касательные напряжения. Эти представления применительно к процессам массопередачи получили развитие в работах В. В. Кафарова [67], посвященных так называемой межфазной турбулентности. [c.16]

Теория Кафарова (свободной развитой турбулентности). Кафаров [56] предложил теорию переноса молекул, основанную на допущении свободного распространения турбулентности по всей массе жидкости до самой поверхности [c.76]

При наличии двухфазных потоков (газ — жидкость, пар — жидкость, жидкость — жидкость) на границе раздела всегда возникает свободная поверхность, гидродинамические условия которой принципиально отличаются от гидродинамической обстановки у твердой границы (стенки). У свободной поверхности может не происходить гашения турбулентных пульсаций, как у стенки. У свободной поверхности может возникнуть развитая свободная турбулентность, когда развитие турбулентности в пределах каждой из фаз приводит к тому, что в турбулентные пульсации вовлекается свободная поверхность. [c.119]

Чем больше разность между сопротивлением орошаемого и неорошаемого аппарата при данной плотности орошения, тем большее количество энергии затрачивается на взаимодействие мел<ду потоками фаз, на развитие их турбулентности, а, следовательно, и на количество передаваемого вещества. Соответственно возрастает и значение свободной турбулентности. [c.149]

Так как в условиях развитой свободной турбулентности фактор может значительно превышать единицу, то уравнение (III, 244) в этом случае примет вид [c.248]

Поскольку критерий Прандтля характеризует относительное соотношение профилей скоростей и концентраций, то следует ожидать, что влияние этого соотношения на процесс массопередачи должно меняться в зависимости от гидродинамической обстановки процесса, т. е. должен меняться показатель степени при числе Прандтля. При наиболее равномерном распределении жидкости и газа в двухфазном потоке в условиях развитой свободной турбулентности в соответствии со структурой уравнений (П1, 227) и (П1, 228) показатель степени п должен достигать максимального значения, равного единице. При уменьшении турбулизации потоков показатель степени п при числе Прандтля должен уменьшаться, становясь в пределе, когда движение прекратится, равным нулю. В последнем случае понятие о соотношении профилей скоростей и концентраций теряет свой смысл. [c.246]

Для режима развитой свободной турбулентности и, [c.248]

Т. е. массопередача в условиях развитой свободной турбулентности практически не зависит от молекулярной диффузии и вязкости. [c.248]

В режиме развитой свободной турбулентности проводимость субстанции перестает зависеть от молекулярных характеристик. [c.156]

Пенный режим как режим развитой свободной турбулентности [116] является автомодельным в нем влияние молекулярных характеристик потоков на перенос энергии становится несущественным. [c.33]

Современное состояние промышленности, в частности повышение мощности предприятий, требует применения газоочистной и массообменной аппаратуры максимальной эффективности и удельной производительности (интенсивности). Выше показано, что пенные аппараты, работающие в режиме развитой свободной турбулентности при скорости газа до 2,5 м/с [234, 235] наиболее универсальны и интенсивны. В настоящее время возникли задачи еще большего повышения скорости газа, понижения гидравлического сопротивления аппаратов, ликвидации забивания элементов аппарата твердыми отложениями, снижения брызгоуноса. Кроме того, необходимо удовлетворить требования охраны окружающей среды о снижении расхода воды в промышленности и ликвидации отходов. [c.232]

Механизм развития струй при ламинарном течении изучен мало и самая его природа не ясна. В связи с этим нет оснований утверждать, что при ламинарном течении механизм развития струи подчиняется тем же закономерностям, что и при турбулентном. Поэтому, как правило, следует избегать экспериментирования, направленного на проверку закономерностей в области свободных турбулентных струй, с помощью опытов с ламинарными струями. Однако при использовании специальных видов гидравлических моделей с химически взаимодействующими жидкими средами, как в настоящей методике, представляется возможным расширить зону эксперимента исходя из того, что современные воззрения на сущность турбулентного течения позволяют оценить степень турбулизации потока не только по величине критерия Не. Более того, критерий этот может быть признан удачно характеризующим степень турбулизации лишь для отдельных хорошо изученных видов движения жидкости, например потоков в трубах. [c.41]

В промышленных топливосжигающих устройствах истечение струй обычно происходит в условиях развитого турбулентного движения. Поэтому, пе останавливаясь на вопросе о ламинарной струе, перейдем к рассмотрению общих свойств свободной турбулентной струи при изотермическом движении. [c.62]

Поскольку при развитом турбулентном режиме течения представления о вихре Ренкина достаточно близко отвечают действительным условиям движения жидкости в центральной части аппарата, то можно принять, что в области цилиндрического вихря свободная поверхность будет параболоидом вращения. Тогда, как известно [c.248]

Второе базисное для ряда современных теорий массопередачи положение заключается в развитии представлений о механизме свободной турбулентности. [c.16]

В некоторых случаях молекулярная диффузия может играть заметную роль в перераспределении концентраций в потоке. Для учета молекулярной диффузии в уравнении (6-46) коэффициент Ът представляют состоящим из суммы коэффициентов турбулентной и молекулярной диффузии. В потоках с развитой турбулентностью, а также в случае свободной турбулентности перенос молекулярной диффузией мал и им пренебрегают. [c.97]

В большинстве теоретических исследований пленочного течения при турбулентном режиме принимается трехслойная модель потока ламинарный подслой, переходная область и область развитого турбулентного течения вблизи свободной поверхности пленки. Распределение скоростей в этих областях описывается [c.53]

Переход от ламинарного режима течения к турбулентному в свободных струях качественно отличается от перехода в других видах течений. Речь идет о том, что при потере устойчивости ламинарного движения интенсивность обмена в переходной области возрастает настолько, что превышает значение, соответствующее развитому турбулентному движению. [c.9]

В обычных условиях проведения процесса жидкостной экстракции, когда интенсивность взаимодействия потоков определяется лишь разностью удельных весов (Дуж-ж) движущихся жидкостей, при наличии характерных для экстракции больших значений чисел Прандтля, турбулизация и обновление поверхности фазового контакта невелики. Поэтому в аппаратах, работающих на принципе использования только гидродинамического потенциала Ауш-ж (распылительные, насадочные, тарельчатые колонны), высоты, эквивалентные одной теоретической ступени контакта, весьма велики. Одним из возможных путей интенсификации процессов экстракции является использование кинетической энергии струи жидкости. Сравнительно большие скорости струйного истечения двухфазных потоков жидкости приводят к интенсивному обновлению поверхности разде.ла фаз и переходу массообмена в область развитой свободной турбулентности. Целесообразность использования этого явления в экстракции вытекает из рассмотрения теоретических основ интенсифицированных диффузионных процессов. [c.339]

Теория свободной конвекции при турбулентном режиме течения менее разработана. Численные решения, основанные на концепции турбулентного нереноса количества движения и теплоты, находятся в данное время в некоторой критической стадии развития, н надежные результаты в широкой области параметров е1це должны быть получены. [c.274]

Турбулентный режим. Для построения корреляционного уравнения при полностью турбулентном режиме течения нет достаточного числа экспериментальных данных. В отсутствие таких данных рекомендуется использовать уравнение (I) с п=3 и значениями Ып/г и Ыидг, рассчитанными по уравнениям для чисто вынужденной и чисто свободной конвекции для турбулентных режимов. Течение под действием подъемных сил может задержать начало развития турбулентности в вынужденном потоке, и, следовательно, сначала, как упоминалось выше, числа Ыи уменьшаются. [c.313]

Гидродинамические характеристики вод5шых струй высокого давления. Дпя научно обоснованного выбора технологического режима гидравлического извлечения кокса необходимо располагать надежным методом расчета гидродинамических характеристик водяной струи. Свободную (незатопленную) струю можно рассматривать как узкую область турбулентного движения, характеризующегося значительдю большей скоростью в одном - главном - направлении, чем скорость во всех остальных. В неизотропном турбулентном потоке, каким жляется струя, имеет место как порождение, так и диссипация турбулентности. Из теории неизотропной свободной турбулентности известно, что развитие турбулентного течения вниз по потоку зависит в сильной степени от условий его возникновения. Это подтвер ждено эмпирическим фактором, что пространственные изменения в поперечных направлениях струи намного больше соответствующих изменений вдоль оси струи, в то время как отношение соответствующих скоростей прямо противоположно. Порождение турбулентности в струе происходит из-за градиента осредненной скорости, который зависит от турбулентности в источнике возникновения струи, перенесенной вниз по потоку за счет турбулентной диффузии. Для случая неизотропной турбулентности разработано несколько феноменологических полуэмпирических теорий, из которых наиболее известная - теория пути смешения Прандтля [2023. Однако ни одна теория не объясняет действительного распределения турбулентных пульсаций и физический механизм свободной турбулентности, поскольку они базируются на экспериментальных данных относительно осредненных скоростей. [c.153]

Массо- и теплообмен в колоннах с насадкой характеризуются не только явлениями молекулярной диффузии, определяющимися физическими свойствами фаз, но и гидродинамическими условиями работы колонны, которые определяют турбулентность потоков. В зависимости от скорости потока в колонне возможны три гидродинамических режима ламинарный, промежуточный и турбулентный,— при которых поток пара является сплошным, непрерывным и заполняет свободный объем насадки, не занятый жид1костью, в то время как жидкость стекает лишь по поверхности насадки. Дальнейшее развитие турбулентного движения может привести к преодолению сил поверхностного натяжения и нарушению граничной поверхности между потоками жидкости и пара. При этом газовые вихри проникают в поток жидкости, происходит эмульгирование жидкости паром, и массообмен между фазами резко возрастает. В случае эмульгирования жидкость распределяется не по насадке, а заполняет весь ее свободный объем, не занятый паром жидкость образует сплошную фазу, а газ — дисперсную фазу, распределенную в жидкости, т. е. происходит инверсия фаз. [c.302]

Отдельные элементы турбулентного потока - вмхрм (иногда их еще называют жидкими комками или жидкими молями) - совершают хаотические неустановившиеся движения. Под вихрем понимают группу частиц, вращающихся вокруг одной мгновенной оси с одинаковой угловой скоростью, так что по отношению к окружающей жидкости вихрь подобен твердому телу. В процессе турбулентного течения вихри непрерывно возникают и распадаются. Глубина их проникновения до разрушения, т.е. пространственное протяжение элементов турбулентности, зависит от степени развития турбулентности в потоке, или ее масштаба, и называется масштабом турбулентности. Масштаб турбулентности во многом определяется внешними условиями течения (например, диаметром трубопровода или канала). Турбулентность, не ограниченную влиянием стенок, называют свободной (например, истечение жидких и газовых струй в неподвижную жидкость). [c.42]

В барботажных аппаратах с механическим перемешиванием жидкости, вследствие развитой турбулентности, достигается наиболее тонкое диспергирование газовой фазы, что при достаточно высоком газосодер-жании создает больпхую площадь поверхности контакта фаз. Благодаря этому достоинству аппараты с механическим диспергированием газа получили широкое распространение в промышленности. Опыт эксплуатации как газо-жидкостных химических реакторов, так и ферментаторов показал, что аппараты с механическим перемешиванием газа в жидкости целесообразно вьшолнять с номинальным объемом не более 100 м при диаметре сосуда не более 3,6 м. Пропускная способность таких аппаратов по газу обычно не превышает 2000 м /ч. Различают аппараты с мешалками в свободном объеме и с мешалками в циркуляционном контуре. [c.523]

Данный параграф посвящен более строгому (чем это было сделано в 3.5) математическому исследованию уравнения для плотности вероятностей концентрации в свободных турбулентных течениях. При анализе используется уточненная аппроксимация условно осредненной скорости (и>2 в области больших амплитуд пульсаций концентрации (3.18). Обсуждаются такие общие качественные свойства уравнения, как особые точки, существование автомодельного решения, постановка краевой задачи. Отмечаются имеющиеся аналогии со случаем статистически однородного поля концентрации, рассмотренного в 3.4. Важную роль в проведенном анализе играют существенно нелокальные свойства уравнения. Показано, что условие разрешимости краевой задачи позволяет найти две неизвестные функции, входящие в замыкающие соотношения. В данном, а также в следующем параграфе (в нем приведено численное решение сформулированной краевой задачи) преследуются две главные цели. Первая — дать обоснование приближенного метода исследования уравнения, описанного в 3.5. Вторая цель - показать на примере уравнения для плотности вероятностей концентрации, что с развитием направления, предложенного в книге, могут быть связаны вполне определенные перспективы построения замкнутой теории турбулентности. По крайней мере в настоящее время удается уменьшить количество произвольных функций по сравнению с полуэмпирическими теориями для одноточечных моментов. Заметим, что проведенное исследование сопряжено с большим количеством достаточно громоздких выкладок, а также с использованием ряда неформальных качественных соображений. Материал этого параграфа рассчитан в nepByiQ очередь на такого читателя, которого заинтересует весьма нестандартная математическая структура уравнений для плотностей вероятностей, полученных с помощью теории локально однородной и изотропной турбулентности Колмогорова -Обухова, и те возможности, которые предоставляют такие уравнения (или уравнения с похожими свойствами) в решении проблемы замьжания в теории турбулентности. Остальные читатели могут этот параграф пропустить и сразу перейти к 3.7, в котором приведено численное решение автомодельной задачи и в краткой форме перечислены основные результаты исследования уравнения. [c.104]

Теория свободно развитой турбулентности В. В. Кафарова [5—7] предполагает, что вещество переносится из одной с )азы в другую вихрями с осями, перпендикулярпы>ш к направлению движения потоков. В результате свободного проникновения вихрей на границе двух фаз происходит эмульгирование жидкости в непрерывно изменяющемся направлении. Возникновение вихрен объясняется развитием турбулентности в каждой фазе, а количественный их учет осуществляется при помощи фактора гидродинамического состояния двухфазной системы, который мол<ет быть определен по специальным критериальным уравнениям, разработанным для ряда массообменных аппаратов. [c.97]

Фотографические паблюдепия за развитием свободного турбулентного пламени в цилиндре двигателя проще всего осуществляются в плоской цилиндрической камере, в которой измепенпе фотографической проекции пламени достаточно близко отражает изменение охватываемого им объема заряда. Для таких наблюдений в работе [15] была применена аппаратура одиночного цикла, воспроизводящая в основном процесс сгорания в двигателе, но без осложняющих обстоятельств, связанных с реальным рабочим процессом. Аппаратура состоит из рабочего цилиндра с плоской [c.269]

Ввиду сложности статистического метода применительно к развитому свободному турбулентному течению были разработаны полуэмпири- [c.92]

Одним из наиболее значительных теоретических исследований турбулентных течений пленок является работа Даклера и Бёджлина [113]. Они использовали подход, применяющийся при изучении турбулентного течения в круглой трубе. Предполагается, что область течения подразделяется на три различные зоны вязкий подслой, примыкающий к твердой стенке, промежуточный слой и слой, примыкающий к свободной поверхности, в котором реализуется полностью развитое турбулентное течение. Для скорости жидкости и поперечной координаты вводятся следующие безразмерные соотношения [c.67]

С увеличением плотности орошения волнообразование на поверхности пленки принимает все более хаотический характер и волновое течение постепенно переходит в турбулентное. Как уже отмечалось, разными авторами указываются различные значения критерия Рейнольдса, соответствующие этому переходу. Отмечается, в частности [84], что развитие турбулентности в пленке более затруднительно, чем в сплошном потоке жидкости, поскольку размер образующихся вихрей ограничен толщиной пленки, а наличие свободной поверхности обусловливает колебания давления. Обычно принято считать границей перехода к турбулентному режиму течения пленки значение Ке л = 1600, хотя эта граница в значительной мере условна и зависит от возмущений на входе и случайных возмущений. При обеспечении специальных мер по стабилизации потока на входе переход к турбулентному режиму течения отмечен [84] лишь при Кспл > 3000. [c.53]