Развитие пограничного слоя и распределение средней скорости

Развитие пограничного слоя и распределение средней скорости [c.87]

Переход ламинарного течения в турбулентное в пограничном слое является непрерывным процессом, начиная от возбуждения малых возмущений и кончая установлением развитого турбулентного течения со своим характерным профилем средней скорости и внутренней структурой. Однако в практических приложениях используется понятие точка перехода или число Рейнольдса перехода Re , с которыми связывают заметные изменения структуры течения и его интегральных характеристик. На регистрации этих изменений основаны различные способы экспериментального определения положения точки перехода по отклонению распределения средней скорости от закона для ламинарного течения по изменению закономерности распределения полного давления (один из наиболее распространенных методов) и коэффициентов трения и теплоотдачи по появлению первых турбулентных вспышек и характеру поведения возмущений при термоанемометрических измерениях по распределению коэффициента перемежаемости. [c.91]

Многие практические задачи по турбулентности включают область вблизи твердой поверхности, поскольку по своему смыслу именно эта область служит местом зарождения турбулентности и поскольку именно в этой области требуется вычислять напряжения трения и скорости массопереноса. Делалось много попыток изучить экспериментальные данные с целью обобщения свойств разных характеристик турбулентного переноса вблизи поверхности. К таким характеристикам относятся средние высших порядков, например напряжение Рейнольдса, вытекающие из усреднения уравнений движения и конвективной диффузии. Это обобщение имеет вид универсального закона распределения скоростей вблизи поверхности. Тот же результат можно выразить с помощью турбулентной вязкости и турбулентной кинематической вязкости — коэффициентов, связывающих турбулентный перенос с градиентами скорости. Эти коэффициенты существенно зависят от расстояния до стенки и потому не являются фундаментальными характеристиками жидкости. Такого рода информация часто получается при изучении полностью развитого течения в трубе или некоторых простых пограничных слоев. [c.322]

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]

Г-режим перехода был впервые обнаружен на заре изучения нелинейных процессов в пограничном слое в экспериментах Клебанова с соавторами [Klebanoff е а ., 1962]. При введении контролируемых двумерных волн Толлмина — Шлихтинга они наблюдали появление поперечных модуляций их волновых фронтов, причем поля средних и пульсационных скоростей приобретали почти периодическую структу-г ру в трансверсальном направлении, сопровождающуюся появлением и развитием сильных низкоскоростных шипов на осциллограммах — интенсивных всплесков продольной компоненты пульсаций скорости — на каждом периоде первичной волны. Наблюдаются также и множественные шипы (двойные, тройные) (рис. 4.3). Последующий переход происходит локализованно в максимумах (пиках) трансверсального распределения средней скорости и характеризуется образованием слоев сильного сдвига. Сходные результаты были получены и в независимых экспериментах Коважного с соавторами [Коуазгпау е1 а ., 1962]. Участок нарастания трехмерности течения имеет характерную протяженность, равную примерно пяти длинам волн Толлмина — Шлихтинга, тогда как образование шипов и турбулентное разрушение происходят в пределах одной длины волны. [c.126]

Проиллюстрируем явление концентрационной поляризации в электродиа-лизной ячейке [19]. Для этого рассмотрим развитие течения в каналах концентрата и диализатора (рис. 7.5) при условии равенства концентрации соли в растворе на входе в эти каналы. Это условие означает, что раствор обладает постоянной электропроводностью. Во входном сечении профиль скорости считается развитым, а профиль концентрации — однородным. Поэтому вблизи входа распределение концентрации соли близко к однородному и раствор под действием электрического поля ведет себя как среда с постоянной по сечению электропроводностью. В частности, в такой среде и в мембранах падение потенциала линейное. Дальше, вниз по течению концентрация возле мембран в канале диализата падает, а в канале концентрата растет. У поверхности образуется концентрационный пограничный слой, толщина которого растет с увеличением расстояния от входа. В канале диализата падение потенциала, вызванное градиентом концентрации у мембран, больше, чем падение в растворе с такой же однородной средней электропроводностью. Резкое падение потенциала возле поверхности мембраны имеет ту же природу, что и падение потенциала возле электрода (см. раздел 7.1). После того, как концентрационные пограничные слои достигают оси канала, концентрация ионов начинает изменяться и на осях [c.145]

Итак, в условиях низких дозвуковых скоростей вторичные течения, возникающие в области взаимодействия пограничных слоев, сравнительно невелики, т.е. достигают величин порядка нескольких процентов скорости набегающего потока. Однако несмотря на малость, они приводят к возмущению продольного сдвигового потока, в значительной степени определяя структуру турбулентных пристенных течений в окрестности линии пересечения плоских поверхностей. В частности, тот факт, что темп нарастания пограничного слоя в биссекторной плоскости двугранного угла несколько меньше, чем в двумерной области, следует отнести за счет утоньшающего воздействия поперечных течений. Не случайно в случае изменения направления их движения на противоположное, как это имеет место при ламинарном обтекании, пограничный слой в плоскости симметрии становится значительно более развитым [39 ]. Вторичные течения воздействуют как механизм конвективного переноса в плоскости, нормальной к направлению основного потока. Как с,тедует из [61] на основе оценки членов первого порядка, эти течения конвектируют количество движения, завихренность основного потока, а также полную энергию среднего движения. Воздействуя на распределение изотах, поперечные потоки существенно изменяют также протяженность области взаимодействия, коэффициент поверхностного трения, тепловой поток к стенке [148] и другие характеристики вязкого течения в угле. [c.122]