Релаксация турбулентного течения

РЕЛАКСАЦИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ [c.129]

Дефекты поверхности и искажение формы изделия являются следствием релаксации неравномерных напряжений, возникающих при неустойчивом течении. Неустойчивость течения не является следствием превращения потока из ламинарного в турбулентный. Даже в условиях, далеких от турбулентного течения, в потоке [c.39]

Характерные масштабы газа в осредненном движении. Рассматриваемые в книге турбулентные течения являются стационарными в среднем. Тем не менее полезно ввести некоторый характерный временной масштаб несущей фазы, необходимый для анализа процесса релаксации осредненных скоростей газа и частиц. Определим его следующим образом [c.24]

ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕОРИИ РЕЛАКСАЦИИ ДЛЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ [c.244]

Сравним это время с временем (7.25) релаксации ламинарного течения при одинаковом начальном характерном размере R. Отношение (8.37) к (7.25), т. е. к времени R /v, имеет оценку (Re) / 1. Следовательно, время турбулентной релак-сации весьма велико по сравнению со временем ламинарной релаксации. [c.131]

Если со скоростью (8.38) и масштабом течения /- (vi) оценить снова число Рейнольдса Rei=t>i//v, то легко видеть, что мы приходим опять к выражению (8.37) для времени релаксации t турбулентного течения, прн котором Re - 1. [c.131]

Уайт [254] также изучал кинетику деструкции полимера в турбулентном потоке. Он высказал предположение, что имеется много общего между ультразвуковой деструкцией и деструкцией при турбулентном течении. В обоих случаях при проведении эксперимента создаются высокие частоты (—10 Гц) и интенсивность воздействия. В обоих случаях продолжительность эксперимента меньше, чем время релаксации полимерных молекул, которые соответственно ведут себя, как жесткие сферы. Для подтверждения этого проводили опыты с перекачиванием растворов ПЭО при различных концентрациях при 17—18 °С в гладком трубопроводе диаметром 15,9 мм. По первоначальному участку кривой может быть рассчитана константа скорости деструкции. Касаясь механизма деструкции в таких условиях, следует отметить, что концентрация молекул кислорода была в 10 раз больше концентрации молекул полимера в растворе 10 г/м . Вследствие этого можно предположить, что деструкция является результатом окисления, вызванного турбулентными вихрями, возникающими при высоких частотах. [c.423]

Для коротких мундштуков диаметр экструдата при эластической турбулентности резко увеличивается с повышением давления, так как возрастает доля входовой высокоэластической деформации, релаксирующей за выходным отверстием. Влияние ограничивающих стенок отверстия сказывается на направлении деформации. В длинных мундштуках результатом релаксации является уменьшение диаметра экструдата. Следует, однако, отметить, что вязкоупругое поведение каучуков и резиновых смесей характеризуется не одним параметром, а широким спектром времен релаксации, поэтому даже при общем ламинарном характере течения может возникнуть эластическая турбулентность в отдельных микрообъемах. [c.92]

На выходе полимера из канала концентрация напряжения до величины критических значений также приводит к локальному отрыву полимера от стенки канала. В результате из канала выбрасывается малая порция в той или иной степени отрелаксировавшего полимера. За ней следует порция полимера, находящегося под действием более высокого напряжения. Соответственно на струе полимера, выходящей из канала, появляются участки большего и меньшего диаметров (как результат большей и меньшей релаксации напряжений). Когда внутри канала на стенках напряжение достигает значения, равного одной пятой критического, в зоне у кромки оно поднимается до критического. Таким образом, это объясняет, почему при ньютоновском режиме течения полибутадиена в канале на выходе из него могут наблюдаться мелкомасштабные периодические искажения формы экструдата. Другой важный вывод заключается в том, что причина появления мелкомасштабных искажений формы экструдата и усиления этих искажений с повышением напряжений и скоростей сдвига та же, что и у эффекта срыва — переход полимера в высокоэластическое состояние или такое приближение к этому состоянию, когда доминирующее влияние на деформируемость полимера оказывает снижение его текучести. Это объясняет однозначную связь параметров, определяющих срыв, и появление эластической турбулентности. [c.377]

Необходимо отметить, что в случае течения с крупными частицами, время релаксации которых значительно, величина дополнительной диссипации энергии турбулентно сти будет пренебрежимо мала по сравнению с другими членами уравнения (2.4.15). [c.54]

Равновесное течение. Как отмечалось в подразделе 4.2.1, при реализации такого гетерогенного потока частицы полностью отслеживают турбулентные пульсации скорости несущего газа. Это происходит потому, что время динамической релаксации частиц пренебрежимо мало по сравнению с характерным временем крупномасштабных турбулентных вихрей [c.102]

Опыт показывает, что такие характеристики турбулентности, как профили компонент пульсаций скорости, кинетической энергии турбулентности, се диссипации и т.п. автомодельны на некотором расстоянии вниз по потоку лишь в пристенной части пограничного слоя. Во внешней области их изменение по продольной координате достаточно заметно в довольно широком диапазоне чисел Яе. Важное свойство неравновесных течений состоит в том, что протяженности участков, на которых происходит затухание возмущений конкретного параметра, для различных характеристик турбулентности различны. Например, наиболее протяженным является участок релаксации толщины пограничного слоя, тогда как релаксации касательного напряжения на стенке, интегральных толщин пограничного слоя происходят более быстро. [c.260]

Характерными примерами возмущающих воздействий второго типа являются турбулизация внешнего потока, обтекающего достаточно протяженную поверхность, монотонное изменение по ее длине скорости, наличие на всей поверхности равномерной шероховатости и т.п. В этих случаях затухание внешнего возмущения происходит в поперечном сечении пограничного слоя, тогда как перенос возмущений в направлении продольной координаты в подавляющем большинстве случаев является незначительным. Типичным примером проявления релаксационных эффектов при воздействии отмеченных возмущающих воздействий может служить развитие пограничного слоя при повышенной турбулизации внешнего потока. Этот случай безотносительно к течению в углах подробно рассмотрен в [23 ]. Что касается ситуаций, когда имеют место возмущающие воздействия обоих типов, то, не останавливаясь на деталях, отметим один принципиальный момент. Дело в том, что использование релаксационной модели Хинце — Лойцянского здесь является предпочтительным, поскольку лишь такой подход позволяет учитывать зависимость характеристик пристенной турбулентности как от продольной, так и от поперечной релаксации возмущений. [c.260]

Профили продольной компоненты пульсаций скорости в следе за цилиндром могут использоваться в качестве приближенной основы для оценки протяженности области неравновесного течения, обусловленного релаксацией к равновесному состоянию параметров турбулентности. Подобный подход применяется в [c.272]

Выполненные измерения профилей касательных напряжений и о по длине плоской пластины обнаруживают любопытный факт. Влияние внешнего наложенного поля давления на турбулентный пограничный слой не сразу отражается на распределении турбулентных напряжений, а с некоторым запаздыванием, обусловленным наличием у потока памяти о предыстории развития. Анализируя профили, можно заметить, что во внешней части пограничного слоя влияиие релаксации усиливается по мере удаления от стенки, т.е. в направлении областей течения, где вихри имеют более крупные масштабы. Весьма показателен вид, который принимает в этом случае зависимость С = /()3). Начальные точки кривой С = /( 3) расположены вблизи 3 = 0, что соответствует условию йр/йх = О на участке 1. Далее следует удаление от равновесного состояния по спирали, причем наибольшее удаление наблюдается при увеличении 3 йр/йх > 0). При /3 < О йр/йх < 0), т.е. на участке 5 кривая приближается к равновесности. Интересно, что несмотря на наличие чередующихся диффузорных и конфузорных участков, распределение касательного напряжения по высоте слоя сохраняет сформировавшийся на участке 2 характер. В целом полученные при градиентном внешнем обтекании результаты являются наглядной иллюстрацией наличия наследственных явлений в неравновесных турбулентных пограничных слоях. Причем основное проявление этого эффекта, как и при безградиентном течении, относится к удаленным от стенки слоям жидкости, где развивается крупномасштабная турбулентность. [c.290]

Обратим внимание на резкое различие оценок (8.5) и (8.34) для скорости Ui. Оценка (8.5) относится к стационарному случаю турбулентного развитого течения, поддерживаемого внешним источником, например движущимся телом. Оценка (8.34) описывает связь характеристик вихрей после выключения внешнего источника в процессе релаксации к состоянию покоя. [c.130]

В целом модели турбулентности второго порядка позволяют, оценивая конвективный и диффузионный перенос, учитывать пре-дисторию турбулентного процесса через эволюцию пульсационных характеристик вдоль усредненных линий тока. Таким образом, реологическая модель турбулизированной среды становится моделью с памятью, что, несомненно, предпочтительней упрощенных реологических моделей турбулентности первого порядка. Для последовательного учета наследственных свойств течений в последнее время [1] вместо формулы Буссинеска предложено использовать модель, описывающую релаксацию турбулентных напряжений и построенную по аналогии с релаксационной моделью максвелловской вязкоупругой жидкости. Отмечается, что релаксационная модель пригодна для областей течения с господствующей крупномасштабной турбулентностью, например для внешней подобласти пограничного слоя. В то же время в пристенной подобласти — ареале мелкомасштабной турбулентности, не проявляющей свойств наследственности, вполне адекватной остается модель Буссинеска. [c.196]

Известно, что для трактовки подобных процессов в двумерном турбулентном течении служит параметр неравновесности Клаузера G ((5.4) в гл. 5). В случае наличия источника возмущений простой формы (цилиндр, уступ и т.п.) использование указанного параметра для анализа процесса релаксации не вызывает особых сложностей. Однако его применение для изучения неравновесного течения в двугранном угле некорректно, хотя бы в силу пространственности этого течения. Имеются также причины формального характера, вызывающие сомнение в право- [c.161]

Исходя из приведенных соображений представляется оправданным следующий подход для приближенной оценки безразмерной протяженности указанной выше релаксационной области. Как отмечалось, основной причиной формирования ламинарных вихрей является локальный градиент давления. Допустим, что процесс формирования этих вихрей начинается при достижении ЛСр /йх своего максимального значения. Тогда координату х, при которой градиент давления максимален йСр /йх) можно считать началом релаксационной области как бы с установленным здесь фиктивным источником возмущений. Зная параметры пограничного слоя в месте размещения такого источника и абсолютную протяженность области релаксации, получим, что применительно к анализируемому течению Лх/(5д = 185. При этом представляет интерес сравнение полученного значения с аналогичной величиной для течения за источником возмущения простой геометрической формы. К сожалению, в ламинарной области течения угла такие данные автору неизвестны, да к тому же и вряд ли это возможно, поскольку 1аличие такого источника наверняка привело бы к турбулентности. Поэтому обратимся к приведенным в гл. 5 результатам для турбулентного течения в двугранном угле с источником возмущений в виде поперечно обтекаемого цилиндра. Они показывают, что при увеличении относительного диаметра цилиндра 0/5 от 0.188 мм до 0.376 протяженность области релаксации Дх/(5д в этом случае возрастает с 47 до 126. Сравнивая полученные значения с [c.163]

Пример. Оценить времена релаксации турбулентных возмущений при течении в трубе диаметром 20 мм воды и воздуха при нормальной температуре (примерно 290 К) и постоянном числе Ке=10 . Примем для воды значение v=l,l 10 м /с, для воздуха V—1,5-10 м /с. По формуле (7.1.3) = 0,316Ке- /4 = 0,0316 скорость течения воды 7= 10 1,1 10 /0102 = = 0,55 м/с, для воздуха 6 = Ю -1,5-10 /0>02=7,5 м/с динамические скорости для воды =0,551/0,0316/2 = 0,069 м/с, для воздуха = = 7,5У0,0316/2 = 0,94 м/с. Максимальное возможное значение длины пути смешения по формуле (4.4.2) / 0,4-0,02/2= 4-10 м. Соответствующие времена имеют значения [c.224]

Этот метод приводит к единственному виду последовательно уточняемых систем гидродинамических уравнений, когда известны по порядку величины характерные масштабы времен релаксационных процессов. Если же известны вероятности и сечения элементарных процессов для всех каналов релаксации, то могут быть вычислены и диссипативные коэффициенты. Знание диссипативных коэффициентов необходимо, например, при расчетах течений в химических лазерах, где активная среда создается за счет перемешивания вязких струй [47]. Они необходимы также при расчете потерь усиления в обычных ГДЛ, связанных с возникновением ламинарных или турбулентных следов за сопловыми решетками. Б общем случае уравнения релаксационной гидродинамики, полученные на основе кинетической теории газов, являются сложными для исследования. Исключением является класс движений газа, подчиняющийся теории многотемпературной релаксации, которая описывает практически важный случай течения многоатомных лазерных смесей на основе СОа [51]. В этом случае информация о микроструктуре течения, т. е. о распределении частиц по различным квантовым уровням, коэффициенте усиления и т. д., получается сравнительно легко, поскольку состояние релаксирую-щей среды полностью определено конечным числом макроскопических параметров (например, р, V, Т, Тг, где Т — температуры различных мод колебаний). Именно на основе теории многотемпературной релаксации получены те результаты, о которых говорится в этом докладе. [c.124]

При течении р-ров и расплавов полимеров скорость деформирования О может оказаться столь большой, что релаксация не будет успевать происходить и материал потеряет текучесть. Если нек-рое характерное для системы время релаксации равно 0, то критич. условие потери текучести может формулироваться как /)0=С, где С — нек-рая константа. При )0>С материал не может течь и переходит в высокоэластич. состояние (ведет себя как сшитый эластомер). В таком случае при продавливании его через канал он теряет адгезию к стенкам и начинает скользить по ним. Это приводит к скачкообразному росту объемного расхода и проявляется в виде турбулентности высокоэластической. Если когезионная прочность меньше адгезионной, то в материале возникают разрывы. Особенно это важно для режима одноосного растяжения, когда нет внешней стенки и переход в высокоэластич. состояние приводит к разрыву материала при достижении достаточно больших степеней вытяжки. Критич. напряжения, соответствующие критич. скоростям деформации при сдвиге, обычно лежат в диапазоне 0,1—0,3 Мн1м (1-10 — 3-10 дин см ) и не зависят от мол. массы и молекулярно-массового распределения полимера, однако они убывают по мере введения в систему растворителя (пластификатора). Критич. скорости деформации В, напротив, очень чувствительны к молекулярному составу полимера, что на практике открывает возможности направленного регулирования критич. условий деформирования. [c.174]

ПОТОКИ (см. табл. 1.1). Данный класс гетерогенных течений характеризуется наличием межфазного динамического скольжения в осредненном и пульсационном движениях. Числа Стокса в осредненном и крупномасштабном пульсационном движениях для такик потоков Stkf = Tp/Tf 0(1) и = Тр/Ть 0 1). Характерное время несущей фазы в осредненном движении Tf обычно превышает интегральный лафанжев масштаб турбулентности Ть, характеризующий время жизни энергонесущих вихрей. Для создания к измерительному сечению установившегося гетерогенного потока (обеспечение полноты разгона частиц) необходимо, чтобы характерное время несущего газа по крайней мере в несколько раз превышало время динамической релаксации частиц Тр. Характерное время несущего газа в осредненном движении может быть оценено как отношение длины экспериментального участка (расстояние от места ввода частиц до измерительного сечения) к характерному значению осредненной скорости, т.е. Tf = Ь/11х. Для созданных экспериментальных установок Ь = 1,2 — [c.94]

Мы видели, что для возбуждения неустойчивостей, приводящих в конце концов к турбулентному режиму течения, необходим начальный фон возмущений. Именно начальное поле флуктуаций обусловливает уход системы из положения равновесия , каким является неустойчивый стационарный ламинарный режим течения. Если начальное поле флуктуаций имеет слу шйный элемент (например, случайную фазу начальных колебаний), то возможно статистическое рассмотрение, когда вероятность вводится, как и обычно, в начальный момент времени (в стационарном пограничном слое в начальном сечении Хц). В случае, когда начальное поле флуктуаций таково, что 8нн 8011115 оценка для времени релаксации системы к турбулентному режиму следует из амплитудного метода [c.248]

При решении уравнения (5.2) наибольшие трудности вызывает корректный выбор длин релаксаций, являющихся наперед заданными функциями продольной и поперечной координат и, таким образом, считающихся известными. Однако определение даже одной лишь продольной длины релаксации не всегда возможно, поскольку эта величина зависит от структуры потока, характерных масштабов (в част1гости, интегрального масштаба турбулентности) и, как правило, носит оценочный характер [91. Это свидетельствует о том, что количественные знания об эффектах памяти потока вообще и при обтекании угловых конфигураций в част1юсти еще ненадежны. К тому же имеющиеся данные получены для источников возмущений произвольрюй геометрии, носят разрозненный характер и нуждаются в систематизации. В этом смысле изучение влияния формы источника возмущений на процессы релаксации в сдвиговых течениях представляется осо- [c.256]

В дополнение к этому заметим, что применительно к обтеканию прямоугольного препятствия с относительной высотой Н = Н/д < 0.25 при его расположении на плоской поверхности в [36 ] экспериментально получено выражение для с коэффициентом а, также близким к значению 0.4. Все это дает основание полагать, что зависимость для продольной длины релаксации, по-видимому, не меняется в неравновесных течениях, инициированных источниками возмущений с относительной высотой О < 0.4, и слабо, а возможно, и совсем не зависит от их формы, по крайней мере в диапазоне низких дозвуковых скоростей потока. Поэтому в практических расчетах турбулентных касательных напряжений подобных неравновесных течений, основанных на использовании релаксационного уравнения Хинце, справедливо приведенное выше выражение (5.8) для L . Конечно, уточнение данной зависимости применительно к источникам возмущений разнообразной формы требует расширения исследований с варьированием геометрии источника в более широких пределах. Для удовлетворения потребностей инженерной практики особенно актуальны исследования, результаты которых позволяли бы определять зависимость длин релаксациий от вида и интенсивности возмущающих воздействий, в особенности при их различных комбинациях. [c.285]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология