Структура турбулентного пограничного слоя

О структуре турбулентного пограничного слоя см. п. 2.5.2. [c.173]

Структура турбулентного пограничного слоя [c.192]

В предлагаемой книге приводятся результаты многолетних экспериментальных исследований структуры турбулентного пограничного слоя, полученные авторами в Центральном аэрогидродинамическом институте им. профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Проводится анализ опытных данных и устанавливается их связь с осредненными характеристиками пограничного слоя. [c.6]

СТРУКТУРА ЗОНЫ ГОРЕНИЯ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ У ПРОНИЦАЕМОЙ СТЕНКИ [c.29]

Структура зоны горения в турбулентном пограничном слое у проницаемой стенки........................ 29 [c.153]

Структура турбулентного потока определяется физическими свойствами жидкости, а также формой и размерами ограничивающего поток канала. С наибольшими скоростями жидкость движется вблизи оси канала (на максимальном удалении от его стенок). Здесь влияние сил вязкого трения минимально и ядро потока можно рассматривать как идеальную жидкость. В наибольшей степени влияние сил вязкого трения проявляется около стенок. Непосредственно у стенки скорость движения жидкости равна нулю (жидкость прилипает к стенке). Поэтому вблизи стенки имеется слой, в котором на структуру потока преимущественное влияние оказывают силы вязкости. Таким образом, турбулентный поток состоит из турбулентного ядра и пристенного пограничного слоя. На этом основана теория турбулентности Прандтля. Согласно современным теориям, пограничный слой в турбулентном потоке имеет сложную структуру. Он состоит из вязкого подслоя, в котором жидкость движется практически ламинарно, турбулентного пограничного слоя и находящейся между ними переходной области. [c.108]

Пограничный слой образуется как в ламинарных, так и в турбулентных потоках, но структура этих пограничных слоев различна. При обтекании твердого тела ламинарным потоком жидкости с постоянной по сечению скоростью тормозящее действие обтекаемой поверхности проявляется вначале в тонком пристенном слое. По мере удаления от входной кромки увеличивается толщина слоя [c.115]

В работе [4] указанных авторов исследуется возможность воспламенения различных порошков после прохождения УВ. В работе [5] экспериментально изучены процессы инициирования горения слоя угольной пыли под действием слабой УВ, проходящей над слоем и затем отражающейся от жесткой стенки и проходящей в обратную сторону. Отмечено, что газовый поток за фронтом УВ образует у поверхности турбулентную структуру, так как размер шероховатостей порядка 100 мкм. Мелкие частицы (до 10 мкм) за время нахождения в области разрежения успевают оторваться от поверхности. Попав в турбулентный пограничный слой, частицы вносятся в основной поток, набирая скорость. После этого развивается фаза неустойчивости поверхности слоя пыли за фронтом УВ. Отчетливо она наблюдается в покоящемся газе после отражения У В от торца трубы. Вторая фаза состоит в раскачке начальных возмущений в слое после отражения УВ от, торца трубы. Происходит выброс всей пыли из слоя в покоящийся горячий газ со скоростью 10 м/с. Возникшая в этом процессе аэровзвесь неоднородна по концентрации и дисперсности. [c.186]

Хотя этот метод ограничен использованием в водных средах, наиболее впечатляющие качественные и количественные результаты, отражающие тонкую структуру течения в турбулентном пограничном слое, в том числе в ламинарном подслое, были получены с помощью метода водородных пузырьков [137—1411. Яркие иллюстрации применения этого метода систематизированы в обзорной работе [1421. С точки зрения визуализации некоторых трехмерных явлений эффективность его использования продемонстрирована в [143]. [c.43]

При обтекании потоком воздуха на поверхности появляются области, где покрытие сублимирует быстрее из-за большого поверхностного трения в пограничном слое, вызывающего повышенный тепломассообмен. Такими областями являются, в частности, зоны растекания потока в окрестности линии присоединения турбулентного пограничного слоя. Поэтому метод может быть успешно использован для визуализации, например, перехода пограничного слоя в широком диапазоне скоростей и температур потока [156, 157]. Для достижения наилучшего эффекта при изучении структуры того или иного течения иногда применяют комбинацию различных экспериментальных методов, например, сублимирующее покрытие, масляная пленка и прибор Теплера. [c.47]

II], в котором, вероятно, впервые обнаружен тот факт, что внутренняя часть пограничного слоя быстрее возвращается к равновесному состоянию, чем внешняя. Одна из причин такого поведения состоит в достаточно большом времени жизни крупномасштабных вихрей, развивающихся во внешней области течения. Впоследствии этот вывод нашел подтверждение в работе [12], в которой представлены экспериментальные данные о структуре несжимаемого течения в следе за цилиндром с относительным диаметром О/д = 0.3 установленным в искусственно развитом турбулентном пограничном слое на плоской пластине. (Здесь — [c.257]

В настоящем разделе делается попытка (возможно, одна из немногих) дать первоначальное представление о закономерностях развития пространственного сдвигового потока за двумерным источником возмущений, которые могут сыграть определенную роль при отработке инженерных методов расчета этого класса течений. В основу анализа положена количественная информация, полученная по результатам экспериментальных исследований структуры несжимаемого существенно неравновесного течения в следе за поперечно обтекаемым круговым цилиндром, установленным в развитом турбулентном пограничном слое продольно обтекаемого прямого двугранного угла. [c.291]

Другое направление исследований связано с изучением структуры пространственного турбулентного пограничного слоя в продольно обтекаемых угловых конфигурациях, формирующегося под воздействием падающего извне косого скачка уплотнения варьируемой интенсивности, которое имеет двоякий аспект. С одной Стороны, это, прежде всего, несомненный фундаментальный интерес, имеющий прямое отношение к развитию адекватных численных методов расчета и созданию совершенной физической модели течения. С другой стороны, в последние годы существенно возрос интерес к созданию гиперзвуковых летательных аппаратов нового поколения. Интенсивные разработки перспективных проектов таких аппаратов включают ряд элементов, обтекание которых характеризуется [c.307]

Учитывая вышеизложенное, начальная часть главы охватывает круг вопросов, связанных с изучением структуры пространственного турбулентного пограничного слоя в открытой продольно обтекаемой угловой конфигурации в условиях взаимодействия с падающим извне косым скачком уплотнения варьируемой интенсивности, а также в его отсутствие. Под открытой конфигурацией здесь подразумевается прямой двугранный угол, образованный двумя пересекающимися плоскими поверхностями, поперечный размер которых (в направлении размаха) выбран настолько большим, что позволяет избежать влияния концевых эффектов на параметры течения вблизи ребра угла. Заметим, что большинство исследований, посвященных изучению структуры течения в сходных конфигурациях, выполнено в условиях воздействия скачка уплотнения, инициированного или генератором простой геометрии, расположенного непосредственно на обтекаемой поверхности [33], или двумерным углом сжатия [34], где характер течения имеет принципиальные отличия. Поэтому изложение материала не распространяется на известные случаи обтекания угловых конфигураций типа киль — плоская пластина и, кроме того, ограничивается в основном освещением только наиболее важных сторон исследуемого явления. [c.308]

Как и в других сходных ситуациях, понимание динамики развития этого типа трехмерного взаимодействия существенно облегчается при использовании упрощенных геометрий, которые позволяют детально исследовать основные механизмы течения. При этом конструктивные особенности реальных входных устройств, как правило, не моделируются. Такие конфигурации обычно состоят из генератора скачка, например, острого или затупленного клина (киля), установленного на плоской пластине. Взаимодействие скачка уплотнения, генерируемого клином, с турбулентным пограничным слоем, формирующимся на пластине, приводит к трехмерной структуре. Определяющими параметрами, характеризующими структуру такого течения, являются число Рейнольдса, число Маха, угол отклонения клина (либо число Маха по нормали к скачку или к первичной линии стекания), а также свойства исходного пограничного слоя. В зависимости от значений этих параметров взаимодействие может быть достаточно сильным, вплоть до образования отрыва пограничного слоя. Основной особенностью таких течений является формирование вихревой структуры, обнаруженной как экспериментальными, так и расчетными исследованиями. Доминирующее движение вихря характеризуется его вращением против часовой стрелки, если смотреть вдоль оси вихря из точки пересечения передней кромки расположенного слева от наблюдателя клина и плоской пластины. [c.310]

К сожалению, сколько-нибудь подробные данные о взаимодействии турбулентных пограничных слоев в угловых конфигурациях, не подверженных хотя бы опосредованному влиянию скачка уплотнения, встречаются в современной литературе столь редко, что мы вынуждены опираться, главным образом, на собственный опыт, хотя и он не столь обширен. Потребность в таких данных диктуется тем, что на этапе изучения структуры течения в двугранном угле в условиях [c.314]

Хотя сейчас общепринято [25, 26], что турбулентное движение в некоторые моменты времени может распространяться очень близко к стенке, при исследовании вопросов переноса массы более приемлемым является традиционное представление о структуре турбулентного пограничного слоя. Так, если газ может переноситься через ламинарный подслой за счет молекулярной диффузии, то подобный механизм переноса частиц будет возможен только для таких мелких частиц, на поведение которых существенное влияние оказывает броуновское движение [24]. В разд. 3.4 обсуждалась тенденция частиц к отставанию от турбулентного движения окружающей жидкости. Можно ожидать, что при движении к стенке частицы вырвутся из окружающего вихря за счет своей инерции и ударятся о стенку. Этот механизм проскакивания частицами области низкой турбулентности вблизи стенки и попадания на стенку был впервые предложен Фрид-лендером и Джонстоуном [15]. Трудности использования этого представления связаны в основном с аналитическим заданием условий инерционного пролета частиц. Дэвис [19] наиболее полно разработал эту модель его подход иллюстрируется на фиг. 11.2. В расчетах Дэвиса были использованы следующие допущения. [c.348]

Первоначально двухслойная схема турбулентного пограничного слоя была сформулирована исключительно на основе эмпирических представлений о поведении осредненных характеристик пристенных турбулентных потоков, в частности на выполнении так называемого закона стенки (наличие логарифмического участка профиля скорости) [51]. В дальнейшем эти представления нашли подтверждение в многочисленных экспериментальных и численных исследованиях тонкой структуры турбулентного пограничного слоя. Двухслойную схему принято связывать с существенной разницей масштабов турбулентных вихрей, населяющих внутреннюю область пограничного слоя (для нее характерны мелкие вихри) и его внешнюю область с характерными для нее относительно крупными (срав-Еимыми с толщиной пограничного слоя) когерентными структурами (см., например, [52]). [c.109]

Систематические экспериментальные исследования крейсерских режимов обтекания моделей позволили установить целый ряд важнейших эмнирических закономерностей по влиянию числа Re на точку перехода, на структуру турбулентного пограничного слоя и т. п. На основе этих данных были построены полуэмпири-ческие теории турбулентности. Эти теории лежат в основе методик пересчета характеристик малых моделей, получаемых в малых трубах, па натуру, на натурные условия, соответствующие стационарным режимам полета многотоннажных самолетов различного назначения. [c.15]

Большинство специалистов в газовой динамике придерживаются того мнения, что существующие теории не в состоянии полностью описать детали структуры турбулентного пограничного слоя. Действительно, подобные теории, включая и те, которые содержатся в этой книге, неизменно включают в себя эмпирические данные еще до того, как их развитие и изложение дойдет до той точки, когда могут быть вычислены значения теплового потока и поверхностного трения. Это означает, что нельзя в замкнутой форме построить теорию, целиком вытекающую из начальных принципов, без привлечения где-нибудь по пути экспериментально определяемых постоянных. Однако это не означает, что нельзя построить практически полезных и достаточно точных полуэмпири-ческих теорий. Приближенный подход, изложенный в этой главе, представляет собой полуэмпирическую теорию, которая достаточно хорошо совпадает с экспериментом в широком диапазоне изменения условий течения. Недостатком подобных теорий является, очевидно, их неопределенная точность в тех случаях, когда они применяются в условиях, для которых отсутствуют предварительные экспериментальные подтверждения. Эта [c.232]

Книга посвящена экспериментальному исследованию связи квазиупорядоченной структуры турбулентного пограничного слоя с традиционно измеряемыми осред-ненными характеристиками течения в пограничном слое. Рассмотрен механизм периодического обновления течения в вязком подслое турбулентного пограничного слоя. Выявлено влияние высокого уровня турбулентности набегающего потока на интегральные характеристики турбулентного пограничного слоя. Исследовано влияние продольного градиента давления на коэффициент аналогии Рейнольдса в турбулентном пограничном слое с помощью разрушителей вихревых структур (РВС). Предложен способ измерения поперечного интегрального масштаба неоднородной турбулентности в пограничном слое. Рассмотрено влияние сжимаемости потока на величину допустимой высоты шероховатости. Приведена методика измерения параметров течения в пограничном слое с продольным градиентом давления в непосредственной близости от обтекаемой поверхности. [c.2]

Экспериментальные исследования квазиупорядоченной структуры турбулентного пограничного слоя показывают, что течение в пограничном слое вблизи обтекаемой поверхности (стенки) является существенно нестационарным и трехмерным. С помощью визуальных наблюдений и условновыборочных измерений установлено существование выбросов замедленной жидкости от стенки во внешнюю область пограничного слоя и вторжений ускоренной жидкости из внешней области пограничного слоя в пристеночную область. [c.99]

PenuK E.y. Экспериментальное исследование структуры турбулентного пограничного слоя при наличии продольного градиента давления // Тр. ЦАГИ. 1970. Вып. 1218. С.19-35. [c.215]

Турбулентный пограничный слой имеет более сложную структуру. Теория турбулентности показывает, что турбулентный пограничный слой состоит из двутс подслоев вязкого подслоя и собственно турбулентного слоя. Толщина турбулентного пограничного слоя определяется соотношением [c.155]

Рассмотренный нами ламинарный пограничный слой не охватывает всей совокупности явлений, возникаюш,их у поверхности тел, обтекаемых вязкой жидкостью. При увеличении Ке и толщины пограничного слоя структура его усложняется оставаясь ламинарным непосредственно у стенки, пограничный слой в большей своей части становится турбулентным. Точные решения дифференциальных уравнений турбулентного пограничного слоя еще не разработаны, и для его исследования применяются приближенные методы, основанные на уравнении количества движения. Отличный от ламинарного закон касательных напряжений в турбулентном потоке приводит к иному профилю изменения скоростей в пограничном слое в функции расстояния от стенки, чем это имеет место в ламинарном пограничном слое, и, следовательно, к иной функциональной зави-симосФи коэффициента трения от числа Ке. Однако течение жидкости в турбулентном пограничном слое подчинено тем же граничным условиям, Щ что и в случае ламинарного пограничного слоя. Отсюда, поведение тур- булентного пограничного слоя во многом сходно с Jлaминapным, т. е., обеспечивая обтекание контура тела в области отрицательных градиентов давления, турбулентный пограничный слой в области положительных градиентов давления в некоторой точке затормаживается и приводит к отрыву внешнего потока от контура обтекаемого тела с образованием вихревого гидродинамического следа. [c.137]

Если принять изложенную выше гипотезу о плавном затухании турбулентного дв1(жения в вязком подслое, то структура диффузионного пограничного слоя оказывается более сложной. Именно, при d>y > Оо имеет место выведе1Н1ый выше логарифмический закон распределения концентрации. При у < для плотности потока можно написать [c.151]

В [30] представлены результаты численного моделирования турбулентного пограничного слоя, сформированного под действием распространяющегося плоского скачка вдоль запыленной стенки. Задача формулировалась в связанных со скачком координатах. Смесь моделировалась как единый газ различной начальной плотности, т. е. предполагалось тепловое и скоростное равновесие фаз. Кроме того, предполагалось, что как чистый газ, так и смесь его с частицами описываются одним значением показателя адиабаты, равным 1.4. Концентрация сдвигового слоя на стенке в начальный момент времени аппроксимировалась функцией tanh(x). На границе накладывались дополнительно синусоидальные возмущения. Решение соответствующей краевой задачи для уравнений нестационарной газовой динамики, к которой свелась задача определения поля течения, было проведено методом Годунова высокого порядка точности. Численные расчеты по определению положения сдвигового слоя показали, что он свернут во вращающиеся структуры, которые подхватывают материал из слоя. Пограничный СЛ.ОЙ растет линейно с расстоянием за скачком в результате крупномасштабного слияния этих вихрей. Результаты сравниваются с экспериментальными данными [31]. Влияние пыли на поток газа заключалось в изменении скорости потока, особенно в пристенной области, где высока плотность пыли. При этом неравновесные эффекты, вязкость жидкости и пространственная картина течения слабо влияют на параметры потока. [c.198]

Далее, нами был рассчитан диффузионный ток на поверхность электрода ] виде пластинки нри турбулентном течении в гидродинамическом пограничном слое, а также подробно разобрана структура турбулентного нограничного слоя, которая оказалась весьма сложной. [c.198]

Воз(Можное объяснение различия наблюдаемых в эксперименте картип трехмерных структур в области ламинарно-турбулентного пограничного слоя было дано еще в работе [211]. Оно связано с различным характером фона в разных экспериментах. При малых амплитудах первичной волны не успевают разыграться нелинейные процессы генерации кратных гармоник, в то время как присутствующие в потоке недетерминированные субгармонические затравки вступают в интенсивный параметрический резонанс и догоняют амплитуду первичной волны. В случае большой амплитуды задаваемых искусственных колебаний наблюдается интенсивный рост второй гармоники, которая затем взаимодействует с детерминированными наклонными возмущениями с частотой первичной волны. Последние возбуждаются самой вибрирующей ленточкой из-за ее конечной длины, а также вследствие других причин, вызывающих [c.193]

Успехи в изучении пространственных турбулентных пограничных слоев различными экспериментальными методами в значительной степени связаны с работами Ф.Жд. Пирса и его коллег. В этом смысле особое внимание привлекают результаты экспериментов [79, 80], а также [81, 82], где кроме ЛДИС используется также пятиканальный насадок для изучения структуры вихревой системы в окрестности сопряжения цилиндрического тела и плоской поверхности при i/ = 24 м/с и Re = 1.83 10 . Эффективность его применения подтверждена хорошим согласием данных, полученных этим датчиком и путем подробных измерений полей скорости с помощью ЛДИС. [c.31]

Итак, не вдаваясь детально в характер пристенного течения в несимметричной угловой конфигурации, принципиальную сторону формирующейся здесь структуры можно охарактеризовать следующим образом. По мере удаления вниз по потоку в области взаимодействия несимметрично развивающихся турбулентных пограничных слоев одновихревая структура течения, являющаяся следствием формирования пространственного отрыва в окрест1Юсти передней кромки двугранного угла, постепенно трансформируется в двухвихревую, механизм образования которой в значительной степени определяется напряжениями Рейнольдса. Характер развития и интенсивность вторичных течений по длине двугранного угла существенно зависят от геометрии передней кромки и расстояния от начала сопряжения граней угла. [c.150]

При изучении влияния кривизны поверхности на турбулентные пограничные слои следует различать кривизну в продольном и трансверсальном направлениях. Воздействие продольной кривизны носит более сложный характер, так как в отличие от поперечной она существенно влияет на структуру турбулентности. Эффект влияния выпуклой и вогнутой стенок на распределение рейнольдсовых напряжений в двумерном турбулентном пограничном слое изложен во многих работах (см., например, обзор Фернхольца в [5]), поэтому мы на этом остановимся лишь вкратце. [c.165]

Значительная часть экспериментальных исследований внутренней структуры пристенной турбулентности выполнена в так называемых равновесных по Клаузеру турбулентных пограничных слоях, формирующихся при безградиентном или слабоградиентном обтекании простых тел невозмущенным потоком. Для таких сдвиговых течений существуют координаты, в которых профили средней (по времени) скорости, а также нормальных и касательных напряжений, кинетической энергии турбулентности, ее диссипации и других характеристик турбулентности являются автомодельными. В то же время, решение ряда практических задач, связанных, в частности, с разработкой оптимальных конструкций каналов теплообменников, камер сгорания авиационных двигателей и других устройств, содержащих элементы двугранных углов, требует знаний о гидродинамической и тепловой структурах течения за различного рода неровностями, выступами и препятствиями, широко встречающимися в таких устройствах [1, 2]. Однако обтекание отмеченных локальных источников возмущений в общем случае относится к классу течений, формирующихся в условиях резкого изменения шероховатости поверхности [3, 4] и характеризующихся неравновесностью, нередко весьма существенной. Этот вопрос со всей остротой возникает в проточных частях реальных промышленных устройств (турбомашины, теплообменные и технологические аппараты и т.п.). Сложность обтекаемых конфигураций в таких устройствах в значительной степени определяет внутреннюю структуру пристенных течений, поэтому распределения как средних, так и пульсационных характеристик потока не являются автомодельными. При использовании полуэмпирических моделей турбулентности для анализа таких течений все чаще выражается неудовлетворенность существующими локальными подходами [51 и, в частности, гипотезой Буссинеска, которая оказывается непригодной по крайней мере во внешней части слоя. По этой причине выражается озабоченность в связи с необходимостью разработки релаксационной теории, в основе которой была бы новая формула для напряжения турбулентного трения, позволяющая учитывать память пограничного слоя, т.е. свойство сдвигового потока запоминать особенности течения выше рассматриваемой области. Не случайно при расчетах неравновесных турбулентных пограничных слоев все отчетливее стала проявляться тенденция отхода от классической формулы Буссинеска, характеризующей линейную связь турбулентных напряжений с градиентом скорости [c.255]

В настоящей главе излагаются результаты экспериментальных исследований структуры неравновесного по Клаузеру несжимаемого турбулентного сдвигового течения в следе за поперечно обтекаемым цилиндром, установленным в развитом турбулентном пограничном слое двугранного угла при варьируемом расстоянии цилиндра от поверхности. Вместе с тем, поскольку при обтекании двугранного угла формируется обширная двумерная область течения, определенное внимание уделяется рассмотрению неравьювесного течения позади простого двумерного тела, размещенного в плоском турбулентном пограничном слое. [c.259]

Не претендуя на полноту изложения и всеобъемлющий охват всего многоооб-разия сверхзвуковых отрывных течений, выделим лишь ту их часть, которая имеет непосредственное отношение к проблеме моделирования пристенных течений в областях взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем в угловых зонах. Причем мы умышленно исключаем из рассмотрения те случаи взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем, в которых процесс воздействия на структуру течения в угловой зоне происходит опосредованно, в частности, как результат взаимодействия с отраженной ударной волной. В качестве примера такого рода течений можно назвать течение в области взаимодействия косых скачков уплотнения, инициированных передними кромками двух (или более) клиньев (килей), установленных на плоской поверхности, с турбулентным пограничным слоем, формирующимся па отмеченной поверхности (см., например, [25, 26, 48—57]). Результаты численных [58] и экспериментальных [59, 60] [c.309]

В [63] и позднее в [35 [ использовалась упрощенная модель, представляющая собой продольно обтекаемую угловую конфигурацию, образованную пересечением под прямым углом двух плоских пластин (граней) с острыми передними и боковыми кромками. Соотношение между размахом двугранного угла и характерным поперечным размером простраиствен1юй области течения, возникающей вследствие взаимодействия турбулентных пограничных слоев, составляло не менее 20. Это позволило избежать сколько-нибудь заметного влияния концевых эффектов на структуру пространственного течения вблизи ребра угла. Результаты исследований, выполненных сначала в условиях естественно развивающегося [c.312]

Осака X., Ямала X., Накамура И. Трехмерная структура турбулентного слсда за крестообразно пересекающимися круговы,ми цилиидрами // Трехмерные турбулентные пограничные слои / Пер с англ. — М. Мир, 1985, — С. 216 — 227. [c.360]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология