Течения типа пограничного слоя

Во многих течениях, индуцированных выталкивающей силой, существует круговая симметрия, так как поверхность или тело, около которых возникает течение, симметричны относительно вертикальной оси. Осесимметричные течения часто образуются, например, около длинного вертикального цилиндра, вертикального конуса или около сферы, если подвод энергии также обладает круговой симметрией. В ряде случаев можно воспользоваться приближениями пограничного слоя, аналогичными рассмотренным в предыдущих главах для двумерных вертикальных течений. Значительный интерес представляют также свободные осесимметричные течения типа пограничного слоя, например факелы и восходящие струи, в особенности при сбросе энергии и вещества в окружающую среду. В настоящей главе рассмотрим ламинарные вертикальные осесимметричные течения типа пограничного слоя, возникающие только под действием тепловой выталкивающей силы, оставляя рассмотрение турбулентных и сложных течений, индуцированных выталкивающей силой, на последующие главы. [c.178]

Будем считать течение струи в области, достаточно удаленной от выходного сечения сопла, течением типа пограничного слоя. Уравнения, определяющие такое течение, неавтомодельны из-за наличия выталкивающей силы. Их можно решить численным методом, как это сделано в статье [14]. Уравнения приведены к безразмерному виду, причем за характерные величины приняты скорость ыо и температура /о в выходном сечении и вер- [c.199]

Уравнения неразрывности (5.1.7) и энергии (5.1.8) остаются прежними. Заметим, что при 0=я/2 градиент Рт отрицателен. Но как будет показано в разд. 5.3, это не приводит к натеканию на переднюю кромку и развитию течения типа пограничного слоя, начинающегося от передней кромки. [c.216]

Можно полагать, что длина 2 достаточна для того, чтобы исключить влияние двух краевых течений. Тогда на двух противоположных краях пластины начинаются два течения типа пограничного слоя, практически независимых друг от друга. Они направлены к середине пластины, где два потока сливаются и образуют восходящий плоский факел, поднимающийся над поверхностью. Течение, направленное вовнутрь, всюду, за исключением центральной области, по существу такое же, как на полубесконечной поверхности. Поэтому можно применять обсуждавшиеся выше результаты теоретического анализа. [c.238]

Визуализация осуществлялась добавкой в воду частиц пластмассы нейтральной плотности размером 10—40 мкм. Ширина пластины 76,2 мм, длина 254 мм, толщина 25,4 мм. На рис. 5.3.10, а приведена фотография поля течения. Треки указывают течение пограничных слоев, направленное вовне. В экспериментах [5] наблюдалось аналогичное течение пограничного слоя в воздухе. Течение типа пограничного слоя, в частности в окрестности свободной границы, оказалось довольно [c.247]

На рис. 5.3.10,0 видно, что вблизи поверхности жидкость, нагреваемая теплой стенкой, становится легче окружающей жидкости и накапливается на поверхности. Единственной движущей силой снова является сила, связанная с полем давления, индуцированным выталкивающей силой < 0. Градиент др/дх также отрицателен из-за утоньшения слоя с ростом х. Под действием этого градиента давления жидкость течет вовне и стекает с краев пластины. В условиях стационарного течения устанавливается такой пограничный слой, что максимальная его толщина имеет место в середине пластины и уменьшается к краям. Это течение в корне отличается от притекания к оси от краев и дальнейшего развития течения типа пограничного слоя, образующегося на нагретой горизонтальной поверхности, обращенной вверх. Здесь S О при л = О и обе величины, сила и производная db/dx, отрицательны. [c.248]

С, соответствующем изменению R от —0,033 до 0,52. Фотографии представлены в последовательности, показывающей переход от общего течения вверх при R = —0,033 до общего течения вниз при Я = 0,52. Полученные данные подтверждают приведенные выше результаты аналитических и численных исследований. Однако наибольший интерес представляют данные для диапазона 0,15 У 0,29. Как можно видеть на рис. 9.3.11,2, течение при / = 0,143 не относится к течениям типа пограничного слоя. Кроме того, данные, приведенные на рис. 9.3,13, показывают, что течение является к тому же нестационарным и пульсирует во времени. Подобные экспериментальные данные вновь возбудили интерес к проведению расчетов в диапазоне R, соответствующем указанному выше интервалу. В работе [15] был применен комп- [c.532]

При таянии плоской вертикальной ледяной пластины, расположенной даже в соверщенно спокойной соленой воде, создается свободноконвективное течение. В этих условиях движение жидкости представляет собой течение типа пограничного слоя и его характеристики можно рассчитать, как будет показано ниже.. Основными уравнениями для установившегося течения жидкости с постоянными теплофизическими свойствами являются уравнения (9.3.1) — (9.3.3). Уравнение концентрации получается из уравнения (6.2.35) и имеет вид [c.550]

Данные последующих экспериментальных исследований, в части которых проводилась и визуализация потока [6, 32—34, 48], подтвердили, что течение типа пограничного слоя возникает при низком уровне солености в широком диапазоне температур, а при высоком уровне солености — лишь при сравнительно низких температурах. Эти данные послужили мотивировкой теоретического исследования течения в ламинарном пограничном слое, осуществленного в работе [5]. [c.550]

Анализ теплопередачи для переходного режима и течения типа пограничного слоя можно провести также с помощью результатов измерения профилей температур [76]. При этом делались попытки построить соответствующие полуэмпирические [c.265]

Экспериментально установлено [142], что указанный переход от режима теплопроводности к течению типа пограничного слоя [c.287]

Еще один существенный недостаток алгебраических моделей турбулентной вязкости, который проявляется при расчете не только сложных, но и относительно простых турбулентных течений типа пограничного слоя, состоит в том, что в силу своей локальности (турбулентная вязкость полностью определяется локальными параметрами осредненного течения в рассматриваемой точке потока) они мгновенно реагируют на изменение этих параметров и условий на внешней границе пограничного слоя, в то время как в реальных турбулентных потоках существенную роль играют эффекты памяти (см., например, [1]). [c.109]

В случае больших значений Н/й использовалось допущение о существовании, в прямоугольной полости течений типа пограничного слоя [95]. Иначе говоря, было сделано предположение о том, что вертикальное движение жидкости заключено между пограничными слоями вблизи вертикальных поверхностей. Жидкость во внутренней области считалась неподвижной и вертикально стратифицированной. Такого рода режим с преобладающим влиянием конвекции возникает при достаточно больших числах Ка. Оказалось [221], что функция тока, рассчитанная в работе [95], примерно на 30 % выше, а максимальные вертикальные скорости приблизительно на 25 % выше соответствующих значений, полученных в работе [79]. Было предложено 21] обобщить результаты "илла [95] при условии, что суммарный поток энергии вблизи адиабатических верхней и нижней стенок равен нулю, что позволило бы определить возникающую при анализе произвольную постоянную. Этот подход обеспечил более близкое соответствие между теоретическими и экспериментальными [c.262]

Теперь могут быть лучше оценены достижения теории Чепмена — Энскога. Большинство газов, представляющих инженерный интерес, являются многоатомными. Кроме того, в течении типа пограничного слоя большие градиенты температуры, плотности, концентрации и скорости могут существовать в узких областях слоя. Тем не менее уравнения Навье — Стокса, а также полученные из них уравнения могут быть с большим успехом использованы для описания многих ситуаций в широком диапазоне давлений и температур газа для течения смесей многоатомных газов Однако мы не должны ожидать слишком многого от теории. Нет основания ожи- [c.368]

Существование такой картины течения подтверждается многими визуальными наблюдениями. Первые экспериментальные исследования течения воздуха, проведенные Шмидтом [151] и Вейзе [170], показали, что течение вблизи передней кромки можно считать течением типа пограничного слоя. Позднее визуальные исследования Ротема и Клаассена [146] с помощью полуфокусированной шлирной оптической системы > и Пера и Гебхарта [130] с помощью интерферометра ясно показали существование ламинарного пограничного слоя вблизи передней кромки и последующего отрыва потока. Интерферограмма из статьи Пера и Гебхарта для течения над горизонтальной [c.229]

В случае когда температура поверхности поддерживается постоянной, аналогичное решение для таких течений типа пограничного слоя на диске впервые получили Ротем и Клаассен [147]. Рассмотрены только случаи оттекания от оси, но численные результаты не приводятся. Бланк и Гебхарт [18] рассмотрели эти течения при более общем законе изменения температуры поверхности. Показано, что уравнения пограничного слоя допускают автомодельное решение при степенном законе изменения температуры поверхности to—to = Nx . Но физически реальные решения существуют при to > ta лишь для значений п в диапазоне —1/2 /г 2, а при to toa — B диапазоне —4/3 и —1/2. В статье [18] обсуждаются также точные решения для некоторых течений на диске и пластине. [c.237]

Эти расхождения связаны, как можно полагать, с влиянием дополнительных краевых течений, пренебрежением переменностью физических свойств жидкости в пограничном слое, взаимодействием течений в середине пластины и отбрасыванием членов высших порядков малости в теоретическом анализе. Акройд [2] оценил влияние первых двух из этих причи н для горизонтальных пластин прямоугольной формы в плане. Во-первых, в анализе методом пограничного слоя для полубесконечной поверхности было учтено влияние переменности физических свойств жидкости. Представлены подробные расчеты для течений воздуха и воды. Затем был предложен метод расчета тепловых потоков на горизонтальных поверхностях прямоугольной формы в плане, как на рис. 5.3.8. Предполагаемая модель течения в пограничном слое согласуется с визуальной картиной течения над нагретыми горизонтальными поверхностями различной формы в плане, полученной в экспериментах [77] для воды. Постулируется существование четырех независимых друг от друга областей течения типа пограничного слоя, начинающего нарастать от четырех кромок пластины. Предполагается, что слияние этих течений происходит вдоль линий АВ, ВС, ОЕ, Ер и ВЕ. Предполагается далее, что на этих линиях течения отрываются от поверхности и поднимаются вверх. Если обозначить через д" средний тепловой поток на единицу площади верхней поверхности пластины, то [c.239]

В работе [35] осуществлено визуализационное исследование факела от линейного источника тепла в холодной воде. Данные измерений температуры при too = 4° удовлетворительно согласуются с расчетными результатами работы [40]. Фотографии линий тока, полученные с определенным значением времени экс-ПОЗИЦИИ, покэззли, что при too tm течение не является течением типа пограничного слоя. В этом случае провести расчет весьма сложно. [c.549]

Область, удаленная от передней кромки. В области, расположенной достаточно далеко по потоку от передней кромки, в течении доминируют выталкивающие силы. В этой области, на больших расстояниях от передней кромки, течение типа пограничного слоя создается лишь при однонаправленном действии выталкивающей силы. В таком случае параметром возмущения является R j /Qr Однако, поскольку используется прежнее определение е, в разложениях возникают отрицательные степени. Если теперь применить т] — переменную подобия для течения в условиях естественной конвекции (неавтомодельность обусловлена граничным условием u Uoo при у оо), то можно использовать следующие разложения [c.582]

В другом предельном случае для высоких тонких полостей прямоугольной формы, заполненных пористой средой, Вебер [75] в отличие от теории Гилла [43] для течений в таких полостях с непористой средой сделал предположение о существовании вблизи вертикальных стенок течения типа пограничного слоя. Используя также допущение об устойчиво стратифицированном центральном ядре, он получил решения типа пограничного слоя, которые затем срастил с решениями в центральной зоне. Число Нуссельта при этом оказалось равным [c.387]

Суммируя сказанное, можно констатировать, что, с одной стороны, область применения алгебраических и полудифференциальных моделей турбулентной вязкости весьма ограниченна, а с другой — что именно эти модели являются, по-видимому, оптимальным выбором для расчета течений типа пограничного слоя. [c.110]

Уравнения неразрывности (5.1.7) и энергйи (5.1,8) остаются прежними. Заметим, что при 0 я/2 градиент Но как будет показа но В разд. 5.3, Э1 о не приводит к натеканию на переднюю кромку и разв итию течения типа пограничного Слоя, начинающегося от передней кромки. [c.216]

Здесь будут рассмотрены нестационарные волны с сильно нелинейным КС в плоскопаралпельиых течениях типа пограничных слоев. РТсследование нестационарных решений позволяет, во-первых, изучать нелинейную стадию эволюции возмущений во времени, во-вторых, дает ответ на вопрос об устойчивости полученных в [237] стационарных решений. Кроме того, поскольку исследованные в [237] нейтральные возмущения существуют при достаточно больших числах Рейнольдса R, при умеренно больших R необходимо рассматривать сразу нестационарные возмущения. [c.201]

Исследование развития во времени возмущений в открытых течениях типа пограничного слоя представляет интерес в основном с теоретической точки зрения, так как опыт показывает, что усиливающиеся волны неустойчивости обычно сносятся потоком, т.е. они развиваются в пространстве. Поэтому к практически реализуемым ситуациям более подходит рассмотрение волн типа (1.17), периодических во времени, с амлитудой, изменяющейся при движении в направлении течения. Однако пространственное развитие возмущений в плоских параллельных сдвиговых слоях — это процесс, который существенно отличается от неустойчивости во времени. Исходная начально-краевая задача временной неустойчивости для возмущения нормальной скорости вида и х, у, г, <) = а(у, получающаяся как следствие системы [c.40]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология