ДВУМЕРНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

В [44] рассматривается двумерный турбулентный релаксирующий пограничный слой вниз по потоку от области присоединения оторвавшегося потока, формирующегося позади двумерного препятствия высотой Л, установленного на плоской стенке трубы. Толщина пограничного слоя в месте расположения [c.286]

Двумерная турбулентность. - Успехи механики, т. 2, вып, 3, с. 47-95. [c.278]

В двумерных турбулентных течениях может иметь место обратный эффект передачи энергии от малых масштабов к большим, называемый отрицательной вязкостью [92]. В целом, для реального трехмерного турбулентного течения характерны три типа энергетических явлений генерация крупномасштабных вихрей, черпающих энергию от усредненного течения инерционное дробление этих вихрей на более мелкомасштабные и каскадная передача энергии без заметной убыли вниз по спектру вязкая диссипация энергии в самых мелких микромасштабных движениях. Параметры мелкомасштабного движения характеризуются числом Рей- [c.186]

Для изучения свойств двумерного турбулентного неравновесного течения в [24 J использовалась одна из граней двугранного угла, которая представляет собой плоскую пластину У с размерами в плане 2500 X 993 мм и толщиной 6 мм, установленную горизонтально в рабочей части аэродинамической трубы (рис. 5.2). В качестве источника двумерных возмущений выбран поперечно обтекаемый круговой цилиндр, который устанавливался в развитом турбулентном пограничном слое плоской пластины на различной высоте от поверхности, относительная величина которой менялась в пределах у = Уд/дд = 0.094 -i- 0.94 ( — толщина пограничного сюя в месте расположения цилиндра, равная 10.6 мм). Относительный диаметр цилиндра варьировался в пределах D = D/д - 0.113 ч- [c.262]

Вторая часть курса лекций включает в себя введение и четыре из семи разделов курса Турбулентность модели и подходы (три первых раздела Основы , Хаос в динамических системах и Полуэмпирические модели вошли в первую часть курса). В четвертом разделе излагаются модели однородной и изотропной турбулентности, начиная с теории Колмогорова и кончая современными моделями перемежаемости в развитой турбулентности. Пятый раздел посвящен некоторым специальным турбулентным потокам. Рассмотрены особенности поведения двумерной турбулентности и турбулентности, вызванной силами Архимеда. В шестом разделе излагаются модели, основанные на применении специальных функциональных базисов, названных иерархическими, и дается краткое изложение вейвлет-анализа, с примерами его применения к гидродинамическим системам. Последний, седьмой раздел посвящен каскадным моделям турбулентности -простейшим моделям развитой турбулентности, доказавшим свою эффективность в моделировании свойств турбулентности в инерционных интервалах при очень высоких числах Рейнольдса. [c.2]

Пятый раздел посвящен некоторым специальным турбулентным потокам. Рассмотрены особенности поведения двумерной турбулентности, в которой наличие дополнительного закона сохранения приводит к качественно иному поведению мелкомасштабного течения. На примере турбулентности, вызванной силами плавучести (т.е. конвективной турбулентности), показано, как может меняться динамика инерционного интервала под действием дополнительного силового поля. [c.4]

Первая попытка реализовать двумерную турбулентность в лабораторных условиях была основана на идее подавления одной компоненты поля скорости магнитным полем. Опыты проводились в Институте физики в Риге, где исследовалось турбулентное течение жидкого металла (ртути) за решеткой при включении сильного поперечного магнитного поля. Удалось [c.51]

Мы уже упоминали о том, что основным объектом численных исследований однородной турбулентности являются двумерные течения. Справедливо и обратное утверждение основные результаты по двумерной турбулентности получены численными методами. Мы кратко остановимся на методах решения уравнений и перечислим основные результаты. В следующем параграфе мы отдельно обсудим результаты применения к двумерной турбулентности модели, описанной в параграфе 4.5.3. [c.53]

С точки зрения динамики инерционных интервалов (5.14) и (5.15) более интересны эксперименты по моделированию стационарной турбулентности. Для получения стационарных режимов необходимо обеспечить подвод энергии. В двумерной турбулентности интересны динамические процессы по обе стороны от масштабов возбуждения, поэтому сила / записывается в пространстве Фурье таким образом, что она поддерживает на заданном уровне энергию гармоник с заданным модулем волнового числа [c.54]

Спектр энергии, полученный в эксперименте С (см. рис.5.8) показывает общую структуру спектра двумерной турбулентности при наличии широкого интервала масштабов и возбуждении на про- [c.58]

Перемежаемость в двумерной турбулентности [c.59]

Мы видели, что в двумерной турбулентности, как и в трехмерной, < > получаемые спектральные распределения отличаются от законов, предсказываемых из соображений размерности. Локальная структура оказывается значительно сложней, чем предполагает гипотеза о статистической однородности турбулентности. [c.59]

Требуется доказать справедливость гипотез и предположений, лежащих в основе модели. Модель ШЛБ включает в себя идею расширенной автомодельности (ESS). Для начала необходимо убедиться в том, что она работает в двумерной турбулентности. На рис.5.14,а показаны структурные функции поля скорости четных порядков ( = 2,3,4,6,8,10,12.) и третьего порядка, вычисленные в эксперименте В и представленные в двойных логарифмических координатах как функции масштаба. На рис.5.14,6 эти же структурные функции представлены с использованием идеи расширенной автомодельности, то есть по оси абсцисс отложена структурная функция третьего порядка. Можно видеть, что линии на графике выпрямляются, но особенно на- [c.60]

Важно отметить, что спектр (5.37) имеет одинаковый вид и для трехмерной турбулентности и для интервала обратного переноса энергии в двумерной турбулентности, причем и в томи в другом случае направление каскада энергии пульсаций температуры прямое, то есть энергия пульсаций переносится в малые масштабы независимо от направления каскада кинетической энергии. [c.66]

Используем функциональный базис, введенный в п.6.1.2 для построения модели двумерной турбулентности. Речь идет именно о модели, а не о прямом численном расчете с помощью этого функционального базиса, так как базис не является строго ортогональным и не решает проблемы граничных условий. [c.80]

Сравнение результатов, получаемых при решении иерархических уравнений, с результатами прямого численного моделирования двумерной турбулентности показывает, что модель не воспроизводит характерных для двумерной турбулентности когерентных вихрей и связанного с ними крутого участка спектра. Причиной тому служит отсутствие в модели взаимодействий между вихрями-соседями (нет горизонтальных связей в иерархическом дереве рис.6.7.). Модель теряет, таким образом, черты турбулентности, связанные с процессами самоорганизации в физическом пространстве. В то же время она наглядно иллюстрирует тот факт, что неоднородность каскадного процесса (перемежаемость) возникает и благодаря самим нелинейным взаимодействиям обмена энергии в иерархической структуре. [c.87]

Уравнение (7.15) имеет два стационарных решения вида (7.10). Подставляя (7.10) в (7.15) и обозначая 2 =х,получаем квадратное уравнение, корни которого (л 1 =1/2, л 2 =1/8) дают =-1/3, а =-1. Эти решения соответствуют двум спектральным законам, предсказываемым для двумерной турбулентности соображениями размерности. [c.114]

Можно принять, что частицы сферической формы и равномерно распределены в потоке, что в условиях высоких температур, характерных для камерных топочньйс устройств, горение кокса протекает по внешней поверхности частиц, а горение продуктов неполного окисления — в газовом объеме. Тогда процесс горения монодисперсной пыли в двумерной турбулентной струе вдоль лучей может быть описан следующей системой уравнений. [c.361]

На этапе предварительного проектирования элементов сопряжений аэродинамических поверхностей нередко возникает необходимость оценки интегральных и локальных параметров вязкого течения в таких конфигурациях. Вследствие трудностей прямого расчета весьма полезны для этой цели результаты обобщений экспериментальных данных, которые к тому же представляют интерес для построения и совершенствования приближенных методов расчета. Примером таких данных является приведенное на рис. 2.6 при скорости и = 30 м/с распределение толщин вытеснения д и потери импульса д по длине модели в биссекторной плоскости двугранного угла (темные символы) и вне области взаимодействия пограничных слоев (светлые символы), характеризующее особенности развития пограничного слоя в угле при безградиентном внешнем обтекании [77 ] (индекс < относится к параметрам на внешней границе пограничного слоя). В последней из областей для сравнения приведены также результаты численного расчета с помощью конечно-разностного метода по программе, изложенной в [114]. Разработанный в этой программе на основе метода Патанкара и Сполдинга алгоритм позволяет производить расчеты двумерных турбулентных течений в широком диапазоне изменения градиентов давления, параметров проницаемости, теплообмена, чисел Маха и Рейнольдса. Предложенные авторами соотношения замыкания уравнений учитывают также шероховатость поверхности и наличие перехода пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное. Проведен-5 5 , мм [c.87]

В первом измерительном сечении (см. рис. 2.45, а) картина пристенного течения характеризуется формированием, по крайней мерс, двух областей течения, расположенных соответственно в окрестности плоскости симметрии (г -= 45 мм) и непосредственно в окрестности углов. В первой из отмеченных областей характер течения такой же, как в обычном двумерном турбулентном пограничном слос. Не случайно безразмерный профиль скорости и/и = [c.154]

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]

Качественную структуру спектра двумерной турбулентности иллюстрирует рис.5.3. На рисунке показаны оба инерционных интервала с законами (5.14) и (5.15) и направления переноса по спектру энергии и энстрофии. [c.50]

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]

Однако, турбулентность - явление существенно трехмерное и в случае турбулентных потоков переход к плоской геометрии приводит к качественным изменениям свойств течений. Факт, что двумерная турбулентность не является упрощенной моделью трехмерной, бьп установлен независимо Крейчнаном и Бэтчелором в середине шестидесятых годов. Практически сразу стало ясно и то, что шансов на реализацию чисто двумерной турбулентности в природных и даже в лабораторных условиях фактически нет. Несмотря на это, двумерная турбулентность привлекла к себе значительное внимание исследователей, которое не ослабевает и по сегодняшний день. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, качественное своеобразие двумерной турбулентности дает прекрасные возможности для опробования различных моделей турбулентности (модель, претендующая на адекватное описание турбулентности, должна быть чувствительной к изменению размерности пространства и правильно отражать ее свойства в случае трех и двух измерений). Во-вторых, двумерная турбулентность стала доступной для прямых численных экспериментов уже в 70-х годах (в 80-X с появлением ЭВМ типа Сгау удалось выйти на сетки размером 1024x1024, достаточные для приличного воспроизведения инерционных интервалов), а такое же разрешение для трехмерных потоков стало возможным только в последние годы. Третья причина состоит в том, что, хотя строго двумерных турбулентных течений и не существует, некоторые черты двумерной турбулентности проявляют многие крупномасштабные геофизические и астрофизические течения (в этих случаях обычно говорят о квазидвумерной турбулентности). [c.45]

Отличия в свободной эволюции двумерной турбулентности от эволюции трехмерной следуют из совместного анализа уравнений (5.6) и (5.13). При нулевой вязкости энстрофия есть величина постоянная, а при конечной вязкости энстрофия, как видно из (5.13), может только убывать со временем. Это означает, что и скорость диссипации энергии в двумерном потоке может лишь монотонно убывать со временем (рис.5.2). Физически в двумерном потоке блокирован механизм растяжения вихревых трубок, который обеспечивает рост энстрофии в трехмерном течении. [c.49]

Появление второй сохраняющейся величины меняет и характер каскадных процессов в турбулентности. В двумерном турбулентном потоке имеются две квадратичные величины, переносимые от одних масштабов к другим, и процессы переноса определяются теперь двумя величинами - скоростью диссипации энергии 8 и скоростью диссипации энстрофии 8 . [c.49]

Совершенно особенное поведение двумерной турбулентности делает интересным детальное изучение ее свойств и заставляет задуматься над вопросом, существует ли турбулентность с такими свойствами. Надеяться на существование чисто двумерного турбулентного потока при больших числах Рейнольдса, по-видимому, не приходится. Однако, можно рассчитывать на существование квазидвумерных потоков , обладающих некоторыми чертами двумерной турбулентности. [c.51]

Простейший фактор, приводящий к двумеризации турбулентного потока - это геометрия полости, в которой существует турбулентность. Точнее говоря, речь идет о тонких слоях жидкости, в которых один размер области значительно меньше двух других. Начиная с первых же работ по двумерной турбулентности, обсуждалась возможность обнаружения свойств двумерной турбулентности в крупномасштабных течениях океана и атмосферы. Действительно, толщина плотной атмосферы всего лишь 10 км, в то время как характерный масштаб крупномасштабных вихрей (циклонов и антициклонов) составляет тысячи километров. [c.51]

Следующий эксперимент по двумерной турбулентности был проведен И.Кудером, который изучал движения жидкости в мьшьных пленках. В [c.51]

Наиболее удачным экспериментом по двумерной турбулентности остается работа Соммериа , которую мы рассмотрим более подробно. В этой работе исследовался обратный каскад энергии в плоском течении в тонком слое ртути, возбуждаемом электромагнитными силами на малых масштабах. Схема эксперимента показана на рис.5.4. На плоскую горизонтальную кювету размерами 120x120x22мм, заполненную ртутью, накладывалось [c.52]

В этом параграфе мы попытаемся дать количественные характеристики перемежаемости в двумерной турбулентности на основе модели Ше - Левека - Дюбрюль и сравнить полученные характеристики с теми, что были получены для трехмерной турбулентности. Мы будем использовать результаты тех же трех численных экспериментов (А, В, С), о которых уже шла речь выше. [c.59]

Приложение модели, описанной в параграфе 4.5.3, к двумерной турбулентности требует ряда дополнительных комментариев. Прежде всего, нужно остановиться на вопросе о том, что понимать под величиной ТГ . Этот вопрос распадается, в свою очередь, на два какую из двух квадратичных величин (энергии и энстрофии) рассматривать и что конкретно и как измерять в численном [c.59]

Интервал масштабов с такими свойствами называют инерционнодиффузионным интервалом. В двумерной турбулентности в инерционном интервале энстрофии при спектре скорости -3 аналогичные оценки дают еще более быстрое спадание спектральной плотности энергии пульсаций [c.67]

Удается построить системы гидродинамического типа, обладающие несколькими интегралами движения. СГТ с двумя интегралами движения бьша построена в работеа на ее основе позже была построена каскадная модель двумерной турбулентности вида [c.113]

Каскадная модель такого типа была впервые построена в работедля двумерной турбулентности (двумерная турбулентность привлекательна наличием второго положительно определенного интеграла движения, который позволяет избежать неопределенности при выводе уравнений). Уравнения модели имеют вид [c.115]

Рис.7.7 касается проверки третьей гипотезы. Он дает зависимость безразмерного потока энергии от структурной функции третьего порядка для трех различных значений параметра 8. Во всех случаях можно вьщелить прямой участок, соответствующий степенному закону (7.35), и определить значение коэффициента А. Верхняя группа точек соответствует случаю 8=5/4 (при этом моделируется инерционный интервал переноса энстрофии в двумерной турбулентности). Точки лежат почти горизонтально (А = 0.013), что говорит об очень низком уровне перемежаемости. Этот [c.122]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология