Неустойчивость, переход и турбулентность Характеристики неустойчивости

В предыдущих разделах рассматривались результаты исследования механизмов неустойчивости, перехода, характеристик турбулентности в течениях при естественной конвекции жидкости с линейной зависимостью плотности от температуры. Большинство газов и жидкостей в первом приближении подчиняется такой зависимости, по крайней мере в пределах небольшого диапазона изменения температуры. Дал<е плотность воды изменяется пропорционально температуре вдали от точки замерзания. Однако [c.147]

В работе [64] экспериментально исследовался процесс перехода при естественной конвекции чистой холодной воды около вертикальной изотермической поверхности. Характеристики неустойчивости течения и перехода к турбулентности определялись при R=0, 0,1 и 0,4 с помощью пленочного термоанемометра и малогабаритной термопары. Разность температур Iq — — i o не превышала 5°С. При 7 = О течение направлено вверх. При / = 0,1, что соответствовало о 9°С и too 3,3° , выталкивающая сила во внешней части теплового слоя изменяла свое направление на обратное. Однако в целом направление течения оставалось прежним. При i =0,4 (ioi 6,6 , i 2,3° ) выталкивающая сила во внутренней части теплового слоя изменяла свое направление, как и все течение. Результаты экспериментов показывают, что переход к турбулентности в гидроди- [c.158]

В работе [64] экспериментально исследовался процесс перехода при естественной конвекции чистой холодной воды около вертикальной изотермической поверхности. Характеристики неустойчивости течения и перехода к турбулентности определялись при 7 = О, 0,1 и 0,4 с помощью пленочного термоанемометра и малогабаритной термопары. Разность температур U — [c.142]

Выяснено, что для решения практических задач важная роль принадлежит инженерным методам анализа развития неустойчивостей в пограничных слоях, а также поиску надежных оценок критических чисел Рейнольдса ламинарно-турбулентного перехода. В последнем случае подходящей основой для разработки таких инженерных оценок является амплитудный метод расчета Ккр. Поскольку характеристики фона стоят в уравнении для определения К р под знаком логарифма, вполне возможно проведение тако классификации различных практических случаев, когда в рамках одного класса показатель нарастания возмущения N будет некоторой постоянной величиной. Указанные примеры свидетельствуют о возможности создания методов пересчета на натурные условия критических чисел Рейнольдса перехода, полученных в аэродинами ческих трубах. [c.257]

Для расчета этой функции необходимо сделать некоторые допущения о механизмах турбулентной и поверхностной неустойчивостей. Хотя эти допущеш я в большей или меньшей степени произвольны, онн тем не менее позволяют установить, что простое степенное представлеиие зависимости N11 (Не , Рг , Ка) уже несправедливо. С другой стороны, в большинстве практических случаев для различных веществ числа Прандтля и Капицы примерно пропорциональны. Поэтому понятно, что некоторые авторы представляют свои результаты как функцию одного только числа Прандтля. Возможно стоит упомянуть, что при большом значении числа Прандтля (при.мерно равном 20) свойственные турбулентному течению характеристики теплообмена наблюдаются уже при малых числах Рейнольдса (около 10), югда как при меньших числах Прандтля переход к турбулентному режиму теплопереноса наступает при числах Рейнольдса, примерно равных 300. На рис. 4 изображены зависимости NlJ(Re,, Рг , Ка) для различных веществ, характеризующихся малыми и большими значениями чисел Прандтля и Капицы. Эти зависимости построены иа основе экспериментальных данных, относящихся к таким условиям, в которых внешнее поверхностное трение отсутствует, т. е. параллельный пленке компонент скорости пара равен нулю. Если же конденсация происходит внутри вертикальной трубы, причем преимущественно в ее верхней части, то [c.95]

Можно заметить, что здесь общей с предыдущими классификациями является только первая область, однако ничего не говорится о механизмах окончательного перехода к турбулентности, в частности о турбулентных пятнах, вторичной неустойчивости и т.п. Такая относительная неопределенность последней схемы отражает фактическое положение дел, а именно сильную зависимость конкретного процесса разрушения от начального частотного и волнового состава внешних возмущений и от тонких характеристик среднего потока [Качанов и др., 1982] [c.13]

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]

Подытоживая содержание настоящей главы, еще раз отметим, что возникновение отрыва пограничного слоя в условиях гидродинамической неустойчивости и его воздействие на переход к турбулентности — две стороны проблемы, которая, несмотря на длительную историю исследований, вызывает неослабевающий интерес. Изложенный материал дает представление об одном из направлений современных работ по переходным отрывным течениям. Подход к решению проблемы заключается в изучении нестационарных явлений, протекающих в областях отрыва, и механизмов взаимного влияния отрыва пограничного слоя и ламинарно-турбулентного перехода. Этот путь исследований в теории и эксперименте представляет собой следующий шаг в изучении переходных отрывных течений, позволяющий получить новые сведения об их фундаментальных свойствах и уточнить представления, основанные на результатах параметрических исследований отрыва пограничного слоя. Именно в этом направлении работ, по мнению авторов, лежат возможности построения более точных физических и теоретических моделей явления, которые необходимы, в конечном счете, для решения двух стратегических задач максимально точного предсказания характеристик течений и разработки оптимальных методов управления ими. [c.258]

Ламинарное течение в трубах с очень гладкими стенками может существовать и при числах Рейнольдса, превосходящих 2100, однако такое течение неустойчиво и небольшие возмущения могут вызвать переход к турбулентному движению. Для характеристики других свойств потока также окажутся полезными безразмерные параметры. Например, при расчетах теплопередачи в жидкостях [c.23]

Переходный режим. Значительная неопределенность существует в отношении поведения характеристик в области перехода от ламинарного к турбулентному режиму конвекции, даже в отношении того, какие безразмерные комплексы описывают его. В [21] с помощью уравнения Орра — Зом-мерфельда рассчитаны критические числа Грасгофа для потери устойчивости и обнаружено увеличение их с возрастанием числа Рг. Однако эти значения оказались намного ниже тех, что наблюдались при переходе, фиксируемом по числам Ыи. Этот результат был проанализирован в [22], где наблюдалось формирование неустойчивостей при числах Ка более низких, чем переход по числу Ыи. В [23] в качестве критерия предложено число Ка 2-10 , которое получено при пересечении пары кривых для чисел Ыи, соответствующих ламинарному и турбулентному течениям. Как показано на приведенных выше и последующих рисунках, совокупность экспериментальных данных свидетельствует [c.276]

В монографии даются конкретные решения ряда задач о возбуждении неустойчивостей, вызванных акустическим фоном, шероховатостью, вибрациями поверхности и т. п. Определяется связь амплитуды и фазы неустойчивости с характеристиками фона, а в конечном счете — зависимость критического числа Рейнольдса ламинарно-турбулентного перехода от амплитуды фоновых вочзмуще-НИИ, в частности от начальной степени турбулентности набегаюгде-го потока. [c.4]

В целом, по результатам последних экспериментальных исследований, моншо сделать вывод о решающем влиянии начальных данных на механизм турбулизации течения в стадии нелинейного развития возмущений. Об этом такнсе свидетельствуют данные [225], полученные в сверхзвуковой аэродинамической трубе. Там же было замечено, что протяженность нелинейной области развития возмущений, 1<оторую можно характеризовать координатой начала искажения характеристик основного течения и координатой выхода на развитый турбулентный режим, существенно зависит от уровня фона возмущений в набегающем потоке протяженность нелинейного участка зоны перехода уменьшается с уменьшением амплитуды фона. Теоретические исследования [32] в рамках модели нелинейного критического слоя, например, указывают на принципиально новую возможность (см. 9.4, 9.5), приводяшую к бурному росту возмущения, а также допускающую существование вторичной неустойчивости в смысле работы [202]. В экспериментах [131, 203] пе могла реализоваться ситуация, соответствующая модели [32], поскольку переход происходил при небольших числах Рейнольдса. В ситуациях, когда начальный фон возмущений весьма мал и определяется в основном низкочастотными возмущениями, возмоншо формирование при больших числах Рейнольдса режима с сильно нелинейным критическим слоем (см. 9.4, 9,5). [c.198]

Например, задачу о вторичной неустойчивости в области перехода ламинарного течения в турбулентное в рамках статистической гидродинамики можно сформулировать следующим образом. После потери устойчивости течения в пограничном слое появляются растущие возмущения, которые характеризуются, вообще говоря, случайной фазой, соответствующей случайной фазе фоновых возмущений. Осредняя по ансамблю реализаций, мы получим статистические характеристики течения в области перехода. Теперь вопрос о возникновении вторичной пеустойчивости типа рассмотренной в 9,4 можно сформулировать как задачу об определении таких значений статистических характеристик, которые приводят к мелкомаспЕтаб-ной неустойчивости в области перехода. [c.250]

Интерес к ламинарно-турбулентному переходу в областях отрыва пограничного слоя связан еще и с тем, что образование локальных отрывных зон в условиях гидродинамической неустойчивости и ламинарно-турбулентного перехода представляет собой самостоятельную проблему в изучении свойств отрывных течений. Переходные области отрыва имеют многолетнюю историю исследований, традиционное направление которых заключается в определении параметрических зависимостей основных характеристик течений от условий возникновения отрыва (см. монографию [Чжен, 1973], обзорные работы [Ward, [c.225]

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]