Переход и турбулентность в нестационарных течениях

Кроме нестационарных течений, рассмотренных в предыдущих разделах, в дальнейших главах будут описаны некоторые другие важные классы переходных процессов. В гл. 9 рассматриваются нестационарные явления, возникающие при плавлении льда. Представлены результаты экспериментальных исследований и численных расчетов характеристик течений около вертикальных и горизонтальных поверхностей. Хотя все процессы замерзания и плавления льда являются нестационарными, многие из них можно считать квазиустановившимися, если выбрать соответствующий масштаб времени. В гл. 10 обсуждаются нестационарные процессы при смешанной конвекции около плоской вертикальной поверхности, рассеивающей тепло. Рассматриваются несколько видов течения, соответствующих различным тепловым потокам, полям скорости, начальным условиям и жидкостям. В гл. И описывается нестационарный переход к турбулентному режиму течения и исследуется развитие во времени нескольких механизмов перехода. Кроме того, представлен обзор методов расчета линейной устойчивости неустановившихся течений. Проведено сравнение различных подходов и рассмотрен вопрос о том, какие из них наиболее эффективны для нескольких конкретных течений. [c.468]

ПЕРЕХОД И ТУРБУЛЕНТНОСТЬ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЯХ [c.145]

Очень мало известно о переходе к турбулентности в нестационарных течениях. Если подвести источник тепла к плоской вертикальной поверхности, то в начальный период на всей поверхности наблюдается процесс одномерной молекулярной теплопроводности. По мере установления стационарного режима ламинарный перенос сменяется турбулентным. Пока подробно не исследованы условия возникновения и изменения по времени процесса перехода. Основное течение может быть одномерным, двумерным и неавтомодельным, причем неустойчивость в нем возникает под действием возмущений, движущихся от передней кромки. [c.145]

На практике явление срыва стационарного противоточного течения дисперсного потока при некоторых максимальных для данной системы значениях расходов фаз получило название явления захлебывания)). Физический смысл его заключается в следующем [26]. При однородном по д движении частиц в дисперсном потоке в среднем имеет место равновесие между силой тяжести с учетом выталкивающей силы Архимеда и силой сопротивления. Такое равновесие математически выражается уравнением (3.3.2.51) и может реализоваться при двух (или даже при трех) значениях концентрации частиц. При захлебывании оба равновесных состояния исчезают, так как сила сопротивления, действующая на частицы, становится больше движущей силы и условие равновесия перестает выполняться. При этом реальный дисперсный поток в зависимости от типа дисперсной системы ведет себя различным образом. В системе твердое вещество— жидкость захлебывание приводит к переходному (нестационарному) процессу, в результате которого дисперсная фаза выбрасывается из канала вместе со сплошной фазой. В системе газ—жидкость в среднем поток остается стационарным, однако начинается интенсивная коалесценция пузырей, которая приводит к переходу в пенно-турбулентный режим течения и снижению силы сопротивления, действующей на пузыри. В системе жидкость— жидкость может наблюдаться как выброс дисперсной фазы, так и интенсивная коалесценция капель с последующей инверсией фаз. [c.187]

Переход к турбулентному режиму начинается с возникновения пульсаций скорости (рис. 8.1, д) и образования нестационарных областей течения в виде турбулентных пробок . При этом на начальном участке трубы имеет место перемежающийся режим течения (ламинарный режим сменяется турбулентным). Коэффициент перемежаемости у, характеризующий долю времени, приходящуюся на турбулентный режим течения, с увеличением продольной координаты возрастает (8.1, б) [c.235]

О третьем механизме прекращения течения мы упоминали в гл. V в связи с эластической турбулентностью. Этот механизм обычно наблюдается при капиллярном (т. е. сдвиговом) течении, но в действительности также не связан с геометрией течения, а обусловлен накоплением высокоэластической деформации, которое может происходить и при сдвиговом, и при продольном течении. Наглядно такой процесс можно себе представить не как относительно резкий релаксационный переход из одного структурно-жидкого (вязкотекучего) состояния в другое (высокоэластическое), а как постепенное превращение жидкости в каучук в какой-то момент возвращающая энтропийная сила (см. гл. П1 и IV) становится равна внешней деформирующей и течение останавливается или становится существенно нестационарным. [c.222]

В первых семи главах описаны наиболее простые фундаментальные механизмы процессов, возникающих в стационарных и нестационарных внешних течениях, вызванных переносом тепла и массы. Гл. 8 и 9 характеризуют более высокий уровень сложности, при котором учитывается влияние существенных или аномальных изменений физических свойств жидкости. В гл. 10 рассматривается смешанная конвекция во внешних и внутренних течениях. Гл. 11 и 12 посвящены неустойчивости, переходу и турбулентному переносу во внешних течениях. Гл. 13, в которой изучаются неустойчивые стратифицированные слои жидкости, является подготовительной для гл. 14, где рассматривается перенос в замкнутых и частично замкнутых емкостях. В гл. 15 обсуждаются внешние и внутренние течения в пористой среде. В гл. 16 представлены явления, связанные с поведением неньютоновских жидкостей. Наконец, в гл. 17 собрана информация о центробежных и других силовых полях, о влиянии хаотических воздействий и излучения, а также изучены сопутствующие эффекты и производство энтропии. [c.10]

В общем случае под бифуркацией понимают разветвление решения уравнения или задачи математической физики по достижении некоторого характеристического значения аргумента той или иной функции. Пригожин конкретно имеет в виду переход от стационарного решения к нестационарному, например, возникновение турбулентности в обшей задаче о течении. [c.5]

Эти случаи (развитое турбулентное движение пли близкое к ламинарному) отличаются тем, что в первом переход к координатной системе, движущейся с одинаковой для обеих струй средней скоростью, не снимает различия в актуальных значениях скоростей нестационарного турбулентного течения. [c.11]

Второе предположение об относительно малых размерах зоны локального перехода подтверждается опытными данными [1.59-1.61, 1.66, 1.116] по переходу ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Предположение о разгоне жидкости (после перехода) до скорости uq по всему слою вплоть до самой стенки является, в известной мере, идеализацией процесса, позволяющей упростить модель. В связи с этим следует отметить, что в работах [1.110 и [1.115], в которых рассматривались, соответственно, нестационарная одномерная и стационарная двумерная модели течения, были получены решения и для случая, когда элементарный слой начинает развиваться не с нулевой, а с некоторой конечной толщины 5г > 0. Однако это усложнение моделей приводит лишь к непринципиальным количественным отличиям в результатах решения по сравнению со случаем, когда 6i — 0. Что же касается четвертого предположения, то, как известно из теории устойчивости ламинарного пограничного слоя, при докритических числах Рейнольдса все возмущения гасятся в ламинарном слое. Поэтому турбулентность, генерируемая в процессе разрушения слоя, практически не оказывает существенного влияния на критическую толщину следующего элементарного слоя и характер его развития. [c.84]

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]

С увеличением числа Грасгофа дополнительно возникают высокочастотные возмущения небольшой амплитуды. Одновременно, как видно на рис. 11.8.3, а, нестационарные волнообразные возмущения большой амплитуды появляются непосредственно за сечением, отмеченным стрелкой (0 = 186). Это можно принять за первый признак возникновения турбулентности, т. е. за начало процесса перехода. В расположенной ниже по течению области перехода прохождение возмущений чередуется с рела-минаризацией течения. Далее датчики регистрируют высокочастотные пульсации. При турбулентном режиме течения, как видно на рис. 11.8.3, г, увеличивается ширина пограничного слоя и возникают пульсации температуры. [c.91]

В работе [111] экспериментально исследован нестационарный переход при естественной конвекции около плоской вертикальной поверхности, нагреваемой постоянным тепловым потоком. Поле температуры визуализировалось с помощью интерферометра, что позволило наблюдать сложную картину нестационарного перехода к турбулентности. В случае низкой плотности теплового потока течение, турбулизовавщееся во время периода установления, реламинаризуется. С увеличением тепловой нагрузки не происходит обратного перехода к ламинарному режиму течения. Результаты этого исследования показывают, что при промежуточных значениях плотности теплового потока область перехода перемещается с течением времени, пока не достигнет конечного стационарного положения. В работе [80] было установлено, что при естественной конвекции воды возникает много режимов и различных механизмов развития возмущения и процесса перехода. [c.146]

Аналогичный анализ устойчивости проводится в гидродинамике (см., например, монографии Ландау и Лифшица [212], Чандрасекара [213], Лина [214], Доннели и др. [215], Стюарта [216]). Чтобы установить момент перехода от ламинарного течения к турбулентному, к известной стационарной скорости потока добавляют малую нестационарную скорость и затем, рассматривая линеаризованное дифференциальное уравнение, которому [c.475]

В работах [216, 218, 232—234] Т. Хербертом предложен другой подход к описанию явления возникновепия трехмерных структур в области ламинарпо-турбулентного перехода. За основное течение принимается нестационарный поток, получающийся в результате нелинейного развития плоского первичного возмущения типа волны Толлмина — Шлихтинга, имеющего конечную амплитуду. Возле этого основного течения осуществляется линеаризация уравпений Навье — Стокса и формулируется задача на собственные значения для возмущений, распространяющихся под углом к направ-лепию потока. При определенных значениях амплитуды первичной волпы (порядка 1%) обнаруживается сильный рост трехмерных возмущений из-за параметрического резонанса. Оказывается, что система уравнений для вторичных возмущений расщепляется на два класса. Первый класс решений (основная мода) имеет пространственный период по продольпой координате такой же, как и первичная волпа, а второй (субгармоническая мода) —в 2 раза больший, чем первичная волна. [c.199]

В работе [2] вводится значение еще одного критического числа Re(ReKp.), определяющего границу, до которой вообще не может существовать устойчивое нестационарное движение. При Re << Re p. возникшее в каком-либо участке трубы возмущение (или турбулентная область) будет сноситься вниз по течению, сужаться, пока не исчезнет совсем. При Re > R kp. возмущение будет усиливаться до тех пор, пока не приведет к турбулизации. Если возмущения будут возникать при входе в трубу, то в случае достаточного значения величины lid при Re > Re p. они обязательно приведут к турбулизации всего потока, а при Re < Re p., наоборот, поток станет ламинарным. Опыты показали, что турбулентность в трубе развивается скачкообразно. Для труб круглого сечения значение критерия ReKp., определяющего переход ламинарного течения в турбулентное, равно 1600—1700. [c.122]

Конвекция проявляет себя в разнообразных формах ячейки могут иметь различную конфигурацию, складываться в более или менее упорядоченные пространственные структуры, течение может либо достигать стационарности, либо испытывать колебания (также различной степени упорядоченности), либо быть полностью турбулентным. В первом приближении режим конвекции в горизонтальном слое при стандартных условиях определяется числами Рэлея К и Прандтля Р, и переходы между режимами могут быть описаны диаграммой, представленной на рис. 25. Она суммирует экспериментальные данные Кришнамурти [164-166] и ряда других авторов, первоначально была построена Кришнамурти и затем модифицирована Буссе [12, 13]. Линии, разграничивающие области различных режимов, проведены до некоторой степени условно, поскольку результаты разных экспериментов не всегда точно согласуются друг с другом и, кроме того, возможны трудности с определением значений К, соответствующих переходам — особенно если при пошаговом изменении К смена режимов происходит с гистерезисом. Как будет видно из дальнейшего, особенно тонкий вопрос — это условия перехода от стационарной конвекции к нестационарной. [c.102]

К проблеме взаимодействия УВ с пылевыми слоями тесно примыкает вопрос взаимодействия УВ с контактными разрывами, разделяющими два газа с сильно различающимися молекулярными весами. Действительно, смесь газа и твердых частиц можно моделировать тяжелым газом, сохраняя при этом одинаковыми числа Атвуда для обоих течений. Такой подход для моделирования рассматриваемой нами задачи о подъеме пыли был реализован, например, в работах А.Л. Кель, которые были процитированы выше и в которых исследовалось перемещивание двух различных газов на границе между ними в слое смешения. Традиционно слой перемешивания рассматривается как поверхность разрыва плотности, т.е. контактный разрыв. Взаимодействие ударной волны с коцтактным разрывом в одномерном нестационарном приближении описывается классическим решением задачи о распаде произвольного разрыва. Переход ударной волны из одного газа в другой через возмущенный контактный разрыв порождает неустойчивость Рихтмайе-ра-Мешкова. На заключительной стадии в области первоначального контактного разрыва образуется турбулентная область перемешивания, разделяющая потоки сжатых газов. Известно, что замена разрывного изменения плотности на контактном разрыве на непрерывное в некотором слое конечной ширины может снижать скорость роста возмущений на начальной стадии развития неустойчивости Рихмайера-Мешкова. Это отмечалось, например, в работах [103, 104], в которых проводились теоретические исследования нарастания амплитуды возмущения, и в экспериментальных работах [105 108]. [c.280]

Конечно, численному совпадению чисел Re p и Renep не следует придавать решающего значения, поскольку число Рейнольдса перехода элементарного ламинарного слоя (в общем случае трехмерного и нестационарного) не обязательно должно количественно совпадать с критическим числом Рейнольдса, полученным для двумерного стационарного ламинарного слоя. Однако сам факт существования однозначной зависимости между этими двумя числами Рейнольдса может оказаться весьма важным при обосновании универсальных свойств течения вблизи стенки, а также при разработке рационального метода расчета турбулентного пограничного слоя. [c.144]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология