Физическая модель турбулентного потока

Физическая модель турбулентного потока [c.9]

Теория диффузионного пограничного слоя. Эта теория в основном справедлива для случая твердой фиксированной границы раздела фаз. В основе теории лежит гипотеза о постепенном затухании турбулентного движения по мере приближения к твердой границе раздела со стороны жидкой или газовой фазы. Физическая схема турбулентного потока в соответствии с данной моделью показана на рис. 2.14 [141. Ядро потока (область I) характеризуется режимом развитой турбулентности и постоянной концентрацией растворенного вещества. В области II, расположенной [c.153]

Физическая модель. В основе ее лежит допущение, заключающееся в том, что реакционный объем считается квазигомогенным, а вещество и тепло переносится за счет диффузии и теплопроводности с некоторыми эффективными коэффициентами диффузии и температуропроводности а ,. По своей сущности эти эффективные коэффициенты и соответствующие истинные (молекулярные) коэффициенты неодинаковы, так как физическая природа молекулярной диффузии существенно отличается от природы турбулентного и смесительного переносов, обусловленных перемещением макроскопических объемов жидкости или газа, которые смешиваются с основным материальным потоком, имея иную от него степень превращения. [c.39]

Физическая модель турбулентности Тейлора заключается в предположении, что в потоке возникают турбулентные касательные напряжения за счет поперечного переноса вихрей. [c.116]

Для изучения газогидродинамических явлений, протекающих в агрегатах различных технических систем, широко используются теоретический и экспериментальный методы. Теоретический метод изучения не всегда в состоянии охватить всего многообразия условий физического процесса и, кроме того, часто приводит к неразрешимым математическим уравнениям. Поэтому при изучении газ о гидродинамических явлений большую роль играют экспериментальные методы, причем весьма часто эксперимент ведется над моделью, исполненной в меньшем масштабе, чем натурный объект, а иногда и в иных условиях, чем те, которые сопровождают действительный процесс (в иной среде или с другими скоростями). При этом в исследованиях устанавливаются функциональные зависимости между различными физическими величинами, оказывающими влияние на исследуемый процесс. Например, при движении жидкости в трубопроводах определяется зависимость потерь напора от диаметра трубы и ее длины I, плотности р и вязкости ц жидкости, степени шероховатости трубы Д, скорости V и степени турбулентности потока и т. д. [c.48]

Следует заметить, что прагматический подход автора книги к выбору той или иной модели для рассматриваемых здесь целей, вероятно, оправдан на современном этапе развития знаний о структуре турбулентных потоков. Однако дальнейший прогресс теории, несомненно, потребует 6. 62 более глубокого и физически обоснованного изучения реальных явлений, определяющих скорость переноса в пограничном слое. Прим. пер. [c.107]

Хотя физические факторы, влияющие на характеристики электрофильтров, сравнительно хорошо известны, в настоящее время невозможно объединить их, создав достаточно реальную модель процесса, с тем чтобы добиться оптимизации конструкции. Заряжен-. ные частицы перемещаются к стенке, однако при этом они под действием турбулентных пульсаций в потоке газа вновь стремятся перейти в диспергированное состояние. Даже после того, как твердые частицы отложились на стенке, они могут быть вновь унесены потоком газа, особенно при встряхивании электродов. Как мы видели, электрические процессы в электрофильтре намного проще анализировать, чем исследовать влияние течения газа на осаждение частиц. В частности, значительный интерес представляет влияние на осаждение частиц турбулентности [44]. Электрический ветер от коронного разряда будет оказывать на движение частиц большее воздействие, чем турбулентность потока. Однако сфера его влияния ограничивается частицами, которые расположены вблизи разрядных проволок. Для них можно с достаточным основанием пренебречь в анализе влиянием турбулентности. Более глубокое понимание процессов, связанных с турбулентностью в электрофильтре, несомненно будет полезным при расчете этих аппаратов. Однако на практике погрешность определения вторичного уноса частиц обычно в такой же степени сказывается на точности расчетов характеристик электрофильтра. [c.305]

Наиболее распространенной в теории турбулентных потоков является так называемая трехслойная модель, в которой помимо турбулентного ядра потока и пристенного ламинарного слоя физически естественным образом предполагается наличие промежуточного, также относительно тонкого слоя, в котором эффекты молекулярного и турбулентного трения сравнимы по величине, тогда как в турбулентном ядре взаимодействие турбулентных слоев потока считается преобладающим над молекулярным взаимодействием, а в пристенном, ламинарном слое имеет место только молекулярное трение. [c.57]

Было установлено следующее. Никакая физическая модель потоков не допускает прохождения ступенчатого изменения температуры жидкости по системе. Разрывность всегда будет быстро сглаживаться диффузией какого-либо рода (молекулярной, турбулентной или диффузией Тейлора, рассмотренной в 3). В модели, состоящей из емкостей смешения, учитывается перемешивание по всей длине. При увеличении количества емкостей до бесконечности эффект смешения пропадает. Чтобы более точно описать физическое явление, в уравнение (21) необходимо ввести член, учитывающий диффузию [c.191]

В ряде случаев, используя те или иные допущения, удается вывести уравнения движения макросистем, моделирующих сложные физические объекты, например дисперсные смеси. Эти уравнения имеют специфический вид, соответствующий особому характеру взаимодействия элементов макросистем. В рамках статистических методов оказывается возможным выяснить, каким образом особенности такого взаимодействия влияют на важнейшие свойства макросистем. Так, в разделе 3.4 представлена статистическая модель образования крупномасштабных структур в турбулентных потоках дисперсных сред, в основе которой лежат уравнения, движения, учитывающие (хотя и приближенно) специфику взаимодействия частиц диспергированной фазы в двухфазной среде. [c.151]

В др гих случаях отождествить физическую картину со схемой ячеечной модели ложно лишь ценой значительных упрощений. Например, для турбулентного потока можно в первом приближении считать, что каждая частица проходит некоторое расстояние как единое целее, а затем распадается, перемешиваясь с окружающими частицами. Расстояние, на котором происходит это перемешивание путь смешения), можно Грубо считать соответствующим ячейке ячеечной модели. В ряде случаев ошибка такого огрубления несущественна для конкретной задачи, а простота модели делает ее применение желательным. [c.66]

Новые экспериментальные данные, приведенные в настоящей работе, не находятся в противоречии результатами работы [5], а дополняют их. Нам представляется, что может быть предложена физическая модель обнаруженных эффектов. При больших значениях числа Рейнольдса пограничный слой, образовавшийся в дозвуковой области течения, является турбулентным, вследствие этого перестройка профиля скоростей (его вытягивание), с необходимостью возникающая при приближении к скорости звука, казалась бы должна сопровождаться сильнейшей диссипацией, т. е. эффектом, который противоречит экспериментальным данным. Поэтому перестройка профиля скоростей (и сопутствующая ей интенсификация теплообмена) связана с вырождением турбулентности. Вследствие этого область наибольшей интенсификации теплообмена сдвигается вниз по потоку в сторону больших скоростей. Затем начинается падение интенсивности теплообмена, соответствующее обычным формам течения. [c.134]

В последние десятилетия для расчета турбулентных однофазных потоков стали широко применяться более глубокие по физическому содержанию дифференциальные модели турбулентно сти. Данные модели включают в себя кроме уравнений для осредненных величин дополнительные диференциальные уравнения переноса важнейших характеристик структуры турбулентности. Дифференциальные модели разделяют на однопараметрические, двухпараметрические и т. д. по количеству дополнительных к осредненным уравнениям. [c.16]

Интересующие нас зависимости будут выведены из рассмотрения некоторой физической модели, воспроизводящей основные черты молекулярно-кинетической модели газа мысль о целесообразности использования готовых хорошо разработанных газокинетических представлений подсказывается явной (хотя и не очень глубокой) аналогией свойств турбулентного потока и газа. Вполне возможно получить те же результаты без привлечения структурных представлений, непосредственно на основе анализа не вызывающих сомнений или достаточно естественных предположений о свойствах пульса-ционного движения. Все же в этом очень не простом случае путь, ведущий через привычные хорошо знакомые представления, вероятно, заслуживает предпочтения. Правда, при построении модели, как это будет видно из дальнейшего, возникают значительные, едва ли полностью устранимые, трудности. [c.193]

Ранее [1, 2] был дан анализ процесса ректификации на основании представлений о физической модели процесса в двухфазном потоке, позволивший получить общее критериальное уравнение массообмена с учетом турбулентных пульсаций [c.182]

На основании этих наблюдений можно предположить следующую физическую модель передачи тепла от стенки к жидкости в случае барботажа газа (рис. 1). В зоне 1 поверхности, прилегающей к перемычке между пузырями ближнего к стенке ряда, теплообмен происходит так же, как на начальном участке пластины, обтекаемой турбулентным потоком что описывается уравнением [c.119]

Взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем, в особенности с турбулентным, формирующимся в каналах некруглого поперечного сечения, является одной из ключевых проблем, возникающих главным образом при решении ряда задач внутренней аэродинамики. При этом ситуация заметно осложняется формированием изначально пространственного сдвигового течения в угловых областях, обусловленного взаимодействием пограничных слоев, развивающихся на смежных поверхностях такой конфигурации. Взаимодействие скачка уплотнения с отмеченным пространственным потоком инициирует появление отрывных полей течения, что создает дополнительные трудности с точки зрения как изучения реализующейся структуры течения, так и построения корректных физических моделей, пригодных для создания эффективных методов расчета. В этом отношении большие проблемы возникают в случаях, когда течения в смежных угловых зонах начинают взаимодействовать друг с другом. Как и во многих других случаях, одна из основных задач, если не главная, состоит в предсказании момента зарождения отрыва и размеров отрывной области. Не случайно в [2] приведен список работ, насчитывающий сотни наименований с обширнейшей информацией, посвященной этому вопросу для различных типов отрывных течений. [c.336]

Математическая формулировка модели основана на следующей схеме. Для того чтобы использовать закономерности обычной химической кинетики при исследовании макроскопически неоднородного поля течения, вся жидкость в исходной невязкой ламинарной области делится на небольшие объемы, в пределах которых химический состав считается постоянным. Последуют,ее движение этих элементов в турбулентном потоке описывается по существу методом Лагранжа, причем влияние турбулентной конвекции и молекулярной диффузии учитывается раздельно. Неупорядоченность траекторий рассматриваемых элементов, обусловленная турбулентной конвекцией, учитывается путем усреднения по ансамблю функций Лагранжа для турбулентного переноса вещества в физическом пространстве. Влияние же молекулярной диффузии описывается посредством деления каждого элемента жидкости на две следующие отдельные объемные доли Т, на которую не влияет процесс молекулярной диффузии, и (1 — Т), целиком подверженную влиянию последней. Далее предполагается, что динамические характерис- [c.203]

Представлению о турбулентном течении как суперпозиции двух движений — осредненного и пульсационного — отвечает физическая модель процесса в виде упорядоченного потока, заполненного хаотически блуждающими молями. Эта структурная схема турбулентного течения, основанная на обособлении независимо и беспорядочно перемещающихся макроскопических масс жидкости, естественным образом приводит к идее возможного механизма возникновения пульсаций и органически связанного с пульсационным движением эффекта турбулентного переноса. [c.209]

Движение жидкости в трубопроводах, как было показано выше, характеризуется неравномерным профилем скоростей в живом сечении потока. Так как частицы вдоль оси потока движутся быстрее, чем вблизи стенок, то время пребывания их в трубопроводе соответственно меньше. Характер распределения частиц потока по времени их пребывания усложняется в случае турбулентного течения из- за хаотического движения частиц, сложной формы их траекторий и пульсации скоростей. Структура потока особенно усложняется при движении жидкости в аппаратах. где она встречает на своем пути различные препятствия в виде слоев зернистых материалов (например, катализаторов), насадок, распределительных устройств и т. п. Очевидно, слишком короткое время пребывания одних и чрезмерно продолжительное пребывание других частиц жидкости в рабочем объеме аппарата приводит к понижению степени химического превращения, протеканию нежелательных побочных реакций, к незавершенности осуществления физических процессов и уменьшению производительности аппаратов. Заметим, что при прочих равных условиях на структуру потока в аппаратах оказывают большое влияние геометрические размеры последних без учета этого обстоятельства невозможен переход от лабораторных моделей к производственным агрегатам. [c.97]

Физическая модель турбулентности Тейлора заключается в предположении, что в потоке возникают турбулентные касательные напряжения за счет поперечного переноса вихрей. При молекулярном переносе (ламинарный поток) наблюдается лишь продольный перенос количества энергии, а также массы вещества, в то время как в турбулентном потоке существует не только продольный перенос, но и поперечный, что и приводит к возникновению дополнительного касательного напряжения и соответственно дополнительного переноса вещества (рис. 61). Так, например, пусть струи аи Ь движутся с продольными скоростями ы)у и Разность скоростей ы)у = Шу, — вызы- [c.108]

Для описания явлений турбулентного переноса предложено большое число моделей. Однако ни одна из них не позволяет выразить турбулентные потоки только через физические свойства среды. Наиболее широко используемые модели вводят коэффициен гы турбулентною переноса и T f. Феноменологические уравпення для потоков [c.72]

Вследствие фудности оценки фаниц факела в реальных условиях действующих печей прибегают часто к физическому моделированию аэродинамики на воздушных или водяных моделях. В настоящее время существенно продвинулся также математический аппарат расчета гидродинамики турбулентных потоков в достаточно сложных условиях геомефической и аэродинамической обстановки, например, с использованием К-8 -моделей турбулентности. В рамках зонально-узлового метода расчета удается уже сочетать расчеты процессов радаационного и сложного теплообмена с расчетами гидродинамики потоков. [c.519]

Наиболее распространенный — феноменологический — подход, используемый при решении таких задач, обладает существенными недостатками. В рамках этого подхода не существует единой методологии, так что в каждом конкретном случае приходится осуществлять решение по новой схеме, основанной на использовании специальных методов и понятий. Кроме того, в ходе решения неизбежно появляются феноменологические коэффициенты, которые, как правило, не удается связать с характеристиками флуктуаций соответствующих физических параметров. В связи с этим нено-средственные вычисления, измерения и даже оценка указанных коэффициентов в рамках феноменологического подхода, как правило, невозможны, несмотря на то, что в ряде случаев они имеют ясный физический смысл. В качестве примеров можно привести коэффициент турбулентной диффузии От, появляющийся при феноменологическом описании переноса вещества примеси в турбулентном потоке, время обновления поверхности х в модели Данк-вертса [116] поглощения целевого компонента частицей дисперсной фазы, размеры вихрей в иолуэмпирических теориях структуры турбулентности и т. д. [c.199]

В других потоках отождествить физическую картину с ячеечной моделью можно лишь ценой значительных упрощений. Например, для турбулентного потока в первом приближении можно считать, что каждая частица проходит некоторое расстояние как единое целое, а затем перемешивается с окружающими частицами. Участок, на котором происходит это перемешивание (путь смешения), можно, хотя и весьма грубо, сопоставить с ячейкой смешения. Другой такой пример — течение газа в зернистом слое. Выходя из узкой щели между зернами в более широкую полость (такие всегда есть в слое), газ завихря-ется и перемешивается, в результате чего возникает картина чередующихся перетеканий и перемешиваний однако и здесь схема ячеечной модели сильно огрубляет реальное явление. [c.164]

Несмотря на значительный интерес многочисленных групп исследователей во всем мире к изучению гетерогенных потоков и большое количество работ, имеющаяся на сегодняшний день теория многофазных турбулентных течений несовершенна. Вероятно, это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, это вызвано тем, что теория однофазных турбулентных течений сплошных сред к настоящему времени далека от своего завершения. Во-вторых, добавление в турбулентный поток (и без того сложный) дисперсной примеси в виде частиц сильно осложняет картину течения. Прежде всего это связано с большим разнообразием свойств вводимых частиц, которое приводит к реализации многочисленных режимов течения газовзвеси. Варьирование концентрации частиц — основной экстенсивной характеристики гетерогенных потоков — позволяет не только изменять количественно параметры исходного течения и движения частиц, но приводить и к его качественной перестройке (например, переходу ламинарного режима течения в турбулентное, а также к обратному эффекту, т. е. реламинаризации течения). Вследствие этого методы экспериментальных и теоретических исследований, используемые в классической механике однофазных сплошных сред, зачастую не могут быть использованы для изучения гетерогенных потоков в принципе. Имеющиеся экспериментальные данные зачастую носят отрывочный и противоречивый характер, а физические представления и развитые математические модели не могут быть признаны удовлетворительными. Сказанное выше сдерживает развитие механики гетерогенных сред. Несмотря на это, потребности практики и логика развития науки настойчиво требуют постоянного совершенствования теории гетерогенных течений. [c.5]

Модели турбулентности первого порядка. Введение изотропного турбулентного среднего давления, как и вязкого турбулентного напряжения, полностью аналогично соответствующим процедурам, принятым в реологии несжимаемой вязкой жидкости. Однако, если молекулярная кинематическая вязкость и — собственная физическая характеристика жидкости (функция термодинамических параметров, которую в больщинстве случаев можно считать постоянной), то турбулентный коэффициент вязкости не является ни собственно свойством жидкости, ни тем более константой, как это считал Буссинеск, а лишь функционалом от геометрических и кинематических характеристик турбулентного потока. Поэтому в современном понимании выражение Буссинеска еще не вводит модели турбулентности, а лишь предопределяет ее структуру. Определение связи величины с характеристиками турбулентного потока составляет содержание различных полуэм-пирических моделей турбулентности. В моделях первого порядку называемых градиентными [1, 24, 95, 101], по аналогии с молекулярной длиной свободного пробега в кинетической теории газов вводится понятие длины пути смешения I — некоторого характерного масштаба перемещения переносящих импульс турбулентных вихрей. Согласно модели Прандтля [c.191]

Турбулентный режим. Как уже отмечалось, течение волновой пленки жидкости и массообмен в ней имеют ряд характеристик, свойственных турбулентному режиму. Это, в первую очередь, наличие пульсационной составляющей в распределении скорости и турбулентного потока вещества в суммарном переносе субстанции При турбулентном режиме подобные составляющие, в отличие от рассмотренных при волновом течении, имеют случайный характер Корреляция случайных величин (будь то скорости или концентрации) остается неизвестной, поэтому приходится пользоваться теми или иными моделями, отличающимися между собой как точностью полученных с их помощью результатов, так и заложенными в них физическими понятиями. [c.425]

Совокупность этих наблюдений дает основание считать, что переход к турбулентности в областях отрыва ламинарного пограничного слоя, по меньшей мере в маловозмущенном потоке, является следствием пространственного усиления возмущений завихренности первоначально малой амплитуды. Данные упомянутых исследований служат, в супщости, экспериментальным обоснованием физической модели ламинарно-турбулентного перехода, которая используется различными авторами в теории. В расчетах неустойчивости течения в отрывных пузырях подразумеваются ее конвективный (сносовый) характер и локальная зависимость свойств возмущений от основного течения. Таким образом, предполагается, что начальная стадия процесса перехода может быть описана в терминах линейного приближения локальной теории гидродинамической устойчивости, используемой с этой целью для течений в пристенных и свободных пограничных слоях. [c.227]

Режим течения влажного воздуха в ВО обычно близок к турбулентному, а перенос тешга и влаги из турбулентного ядра происходит в результате конвекции и молекулярной дз фузии и теплопроводности через пограничный слой, причем, в ламинарном его подслое - только из-за молекулярных процессов, если не учитывать "стефановский поток, вызванный непроницаемостью поверхности охлаждения для сухого воздуха, Согласно физической модели, изложенной в работах, [3,4], даф-фундирующие к поверхности охлаждения пары влаги частично конденсируются в ламинарном подслое и уносятся потоком в виде тумана. Причем, образовавшийся в ламинарном подслое туьт не участвует в диффузии влаги к поверхности и может попасть на нее только чисто механическим путем. Схема пограничного слоя с профилями температур и парциальных давлений представлена на рис.1. Конденсация водяного пара в ламинарном подслое вызвана нелинейностью зависимости давления насыщенного пара в воздухе от его температуры [з]. [c.107]

Структура потока и пламени. Потоки Qf , которые входит в уравнение теплового баланса, вычисляются но расходу через границы зоны и по удель[юй энтальпии газов при температуре в зоне. Расход газа и модель горения должны быть определены заранее. Этого можно добиться одиим из трех способов из физических представлений, с помощью простых математических моделей для описания турбулентного пламеии [12, 13] или с применением подробных математических моделей на основе уравнений сохранения энергии, массы, импульса и баланса частиц. Дальнейшее развитие зонного метода как полезного инструмента для расчета потока во многом будет зависеть от прогресса в определении структуры потока и пламени в топках по их производительности и расчетным параметрам. [c.120]