Турбулентность крупномасштабная

Числа Рейнольдса крупномасштабных пульсаций имеют порядок величины числа Рейнольдса всего потока. Для этих пульсаций силы вязкости не играют никакой роли. Наложение друг на друга крупномасштабных пульсаций порождает мелкомасштабные пульсационные движения, для которых Ре быстро снижается с уменьшением К. В крупномасштабных пульсациях заключена основная часть кинематической энергии турбулентного движения, которая постепенно переходит к пульсациям меньших масштабов, имеющих меньшие скорости их- Хотя число мелкомасштабных пульсаций весьма велико, они содержат лишь малую часть кинетической энергии потока. Тем не менее мелкие.пульсации играют очень важную роль в турбулентном потоке. [c.43]

Рис. 76. Мелкомасштабная (а) и крупномасштабная (б) турбулентности

Область промежуточных чисел Рейнольдса. Для течений, характеризующихся промежуточными значениями числа Рейнольдса, обычно возможны только экспериментальные исследования, позволяющие установить некоторые эмпирические соотношения. В настоящее время в связи с бурным развитием вычислительной техники существует тенденция ко все большей замене экспериментов численными расчетами. Основные усилия направлены на решение так называемых усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье — Стокса (см. 2.2.1) с использованием более или менее детальных моделей турбулентности. Конечной целью является численное решение полных временных уравнений Навье — Стокса, включая прямое численное моделирование крупномасштабных турбулентных вихрей. При этом модельное описание остается необходимым только для мелких вихрей, размер которых меньше шага разностной сетки. Предполагая, что существующие тенденции развития вычислительной техники сохранятся и в будущем, можно заключить, что к 1990 г. станут реальными расчеты течений с учетом турбулентных вихрей на сетке, состоящей из 10 —10 узлов [12]. [c.136]

Медленное выпадение продуктов ядерных взрывов, проникших в стратосферу, происходит под действием различных по характеру процессов переноса. Из-за малой скорости вертикальных течений и недостаточного содержания влаги для вымывания частиц выпадение радиоактивных осколков из стратосферы происходит гораздо медленнее, чем из тропосферы. Радиоактивные вещества могут покинуть стратосферу практически лишь путем переноса воздушных масс, содержащих частицы, в тропосферу. Существует три пути такого переноса 1) непосредственное перемещение вниз через тропопаузу, 2) перемеш.ение тропопаузы вверх или возникновение ее вновь на большой высоте и 3) турбулентная крупномасштабная циркуляция через разрывы в тропопаузе. Относительное значение этих механизмов зависит от широты и долготы места взрыва и времени года. [c.288]

Временной масштаб турбулентности, также как и пространственный, сверху ограничен временем распространения крупномасштабных возмущений с характерным временем = ( / соо), на границе вязкого подслоя характерное время равно Т5п = (5 /со ). [c.156]

Суш ественный вклад в деформацию границы раздела фаз вносят различия в динамическом напоре турбулентных вихрей в отдельных точках межфазной поверхности. Деформации могут быть настолько велики, что граница раздела разрывается и включение дробится (дуга 41) на более мелкие элементы (ДРг)- Дробление может происходить лишь под действием относительно малых по величине вихрей. В случае крупномасштабных вихрей, которые не изменяются на расстояниях порядка диаметра включения, вероятность сильных деформаций и дробления уменьшается. [c.28]

При движении испаряющегося одиночного пузырька в жидкости, находящейся в состоянии установившегося турбулентного движения, крупномасштабные пульсации увлекают пузырек вместе с прилегающими к нему слоями жидкости, однако вследствие различия плотностей пузырька и жидкости это увлечение не может быть полным. Мелкомасштабные пульсации не могут увлекать пузырек и по отношению к ним он будет вести себя как неподвижное тело. Пульсации промежуточного масштаба увлекают в свое движение пузырек не полностью. При неполном увлечении жидкость будет обтекать пузырек с относительной скоростью и [22]. [c.61]

Если капля имеет некоторый диаметр щ,. на нее могуг результативно воздействовать только пульсации с масштабом X = Деформация капли и. ее последующее, деление, происходит за счет кинетической энергии сплошной среда = Рси а12, обусловленной разностью пульсационных скоростей и действующих на расстоянии, щ,.- Крупномасштабные пульсации (X > увлекая за собой каплю, вследствие малой разности скоростей на расстоянии не могут быть причиной ее деформации. Точно-так же не могут воздействовать на каплю и пульсации с масштабами К < dц . Так как турбулентный поток имеет внутренний масштаб все капли в процессе дробления должны стремиться к максимальному устойчивому диаметру р о. которому в сплошной среде соответствует критерий Ке р = 1. [c.59]

Турбулентные возмущающие пульсации, накладывающиеся на основной поток, вызываются взаимодействием потока со стенками канала или с помещенными в поток посторонними телами, а также какими-либо физическими или химическими процессами горением, взрывами и т. п. При низких числах Рейнольдса наблюдаются пульсации крупных масштабов, турбулентные скорости существенно меняются только на больших расстояниях. Под масштабом движения как раз и понимается порядок длины, на котором происходит существенное изменение скорости. Частоты крупномасштабных пульсаций низкие. С повышением чисел Рейнольдса наряду с крупномасштабными пульсациями появляются и высокочастотные мелкомасштабные пульсации. Пространственная протяженность крупномасштабных пульсаций, их масштаб, имеет порядок определяющих размеров системы диаметра или ширины канала, характерного размера обтекаемого потоком тела (для турбулентности вблизи него), расстояния [c.78]

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ КРУПНОМАСШТАБНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕНОСА В ПОТОКАХ ВЗВЕСЕЙ С ВОЛОКОННОЙ ДОБАВКОЙ [c.242]

В верхней части приземного слоя наблюдается крупномасштабная турбулентность, близкая к однородной и изотропной, вызванная взаимодействием различных течений воздуха. В нижней части приземного слоя турбулентность сравнительно мелкомасштабная, генерируемая в основном обтеканием ветром строений, неровностями и шероховатостью поверхности земли. Эту турбулентность нельзя считать однородной и изотропной, но, как отмечает Л. И. Седов [20], ее можно рассматривать как простейший вид турбулентного движения, которое под действием сил вязкости, вызывающих диссипацию кинетической энергии, приближается к однородному изотропному. Диссипация энергии в атмосфере (или ее рассеяние) — это переход части кинетической энергии ветра в тепло под действием внутреннего трения — молекулярной вязкости воздуха. Диссипация тем значительнее, чем больше изменение скорости воздушных масс от точки к точке. Она связана преимущественно с мелкомасштабной турбулентностью. Наибольшее количество энергии рассеивается в нижних слоях атмосферы, особенно в приземном. [c.24]

Масштаб > = Яо, при котором Ре>, оказывается имеющим порядок единицы, называется внутренним масштабом турбулентности. Начиная с этого значения масштаба, движение жидкости имеет вязкий характер. Турбулентные пульсации, имеющие масштаб не исчезают внезапно, а затухают постепенно из-за вязкости. Таким образом, пульсационное движение масштаба сопровождается диссипацией энергии (превращением энергии в тепло). Эта энергия непрерывно черпается мелкомасштабными движениями от крупномасштабных, так что можно говорить о существовании непрерывного перехода энергии от крупномасштабных движений ко все более мелким пульсациям до тех пор, пока в пульсациях с масштабом не произойдет превращение ее в тепло. [c.43]

Если капля жидкости помещена в турбулентный поток несме-шивающейся с ней жидкости, то возникает ее дробление под воздействием турбулентных пульсаций. При этом крупномасштабные пульсации, сравнительно мало изменяющиеся на расстояниях порядка размеров капли, не оказывают на нее воздействие деформация и дробление производятся мелкомасштабными пульсациями. Эффект дробления в значительной степени зависит от того, что в турбулентном потоке скорость жидкости внешней фазы у поверхности глобул в двух ее точках будет различна. Следовательно, на поверхности глобул будут действовать различные гидродинамические напоры, что при известных условиях приведет к деформации глобул и к их дроблению. [c.43]

Массообмен в турбулентном потоке обеспечивается турбулентными пульсациями именно того масштаба X, который имеет тот же порядок, что и размер диспергированных частиц. Крупномасштабные пульсации увлекают частицу вместе с прилегающими к [c.43]

При турбулентном течении в эмульсии могут протекать одновременно два процесса — дробление глобул -и их слияние при столкновении. Однако для этого необходимо, чтобы защитная пленка на глобулах воды не обладала достаточной прочностью. Поэтому температура играет немаловажную роль в процессе разрушения эмульсий. По современным представлениям турбулентное течение можно представить как результат наложения на основную (усредненную по времени) скорость течения пульсационных скоростей, имеющих самые разнообразные амплитуды. Турбулентные пульсации характеризуются не только величиной их скоростей, но также и теми расстояниями, на протяжении которых пульсацион-ные скорости не претерпевают заметного изменения. Эти расстояния носят название масштаба движения. Самые быстрые пульса-ционные движения имеют и самый большой масштаб движения. При турбулентном движении в трубе наименьший масштаб турбулентных (крупномасштабных) пульсаций соизмерим с диаметром [c.42]

И решалась в предположении о линейно.м распределении скорости в вязком подслое, Таким образом, была использована физическая гипотеза о затухании невзаимодействующих вихрей в ламинарном плоско-параллельном, стационарном, безградиеитном теченш (эта гипотеза является, по-видимому, хорошим приближением к действительности непосредственно вблизи стенки). Проведенное теоретическое рассмотрение показало, что структура турбулентности в вязком подслое определяется крупномасштабными вихрями, сильно вытянутыми в продольном направлении. Эти вихри двигаются со скоростью, значительно превышающей локальные скорости в вязком подслое и составляющей примерно полов1шу скорости на внешнем крае пограничного слоя (или на оси, если рассматривается течение в трубе). Этому способствуют и напряжения Рейнольдса, которые затухают пропорционально третьей степени расстояния от стенки. Вычисления показали также, что поперечный интегральный масштаб вихрей в подслое соизмерим с толщиной вязкого подслоя, в то время как продольный интегральный масштаб турбулентности в подслое почти на два порядка больше. Этот факт указывает на важную роль трехмерности пульсационного движения в пределах вязкого подслоя. [c.180]

Распылительные колонны характеризуются интенсивным продольным перемешиванием [204—224]. Общее ntj)вмешивание вэттих колоннах является результатом не только диффузионного перемешивания, характеризующегося коэффициентом продольной турбулентной диффузии, но и крупномасштабного перемешивания [224 i Многие исследователи [204—211, 222] обнаружили резкое изменение профиля концентраций в месте ввода сплошной фазы в колонну— так называемый концевой эффект, который не зависит от направления массообмена. Установлено также, что в распылительных колоннах, особенно в колоннах больших диаметров, происходит интенсивное продольное перемешивание сплошной фазы, снижающее эффективность этих аппаратов. [c.201]

При наличии в пористой среде значительных неоднородностей квазигомогенное приближение, получаемое формальным осреднением микроскопических характеристик по представительному объему пористой среды, может оказаться недостаточным. Более широкую область применимости имеет псевдотурбулентный подход, который переходит в квазигомогенный при пренебрежимой малости отношения масштаба макронеоднородностей среды к масштабу процесса. В этом подходе для нахождения крупномасштабных псевдотурбулентных полей по заданным геометрической моделью характеристикам поля случайных неоднородностей пористой структуры используются методы теории турбулентности (например, [38, 48]). [c.139]

Из теории турбулентности известно [25], что перенос взвешенных в потоке частиц осуществляется главным образом крупномасштабными вихревыми образованиями, присущими турбулентному потоку. Величина образований обусловлена порядком размера потока и поэтому перенос частиц осуществляется по всей глубине потока. Крупные вихри (крупномасштабная турбулентность) захватывают и переносят взвешенные частицы различных размеров. При отсутствии центробежных сил (на поворотах, ответвлениях и т. п.), а также специфических особенностей пылегазовой смеси (уплотнение пыли в местах поворота, залипание ее на поверхностях, комкование и 1. д.), поля концентрации (запыленности) должны меняться незначительно в сравнительно широком диапазоне изменения скоростей и размеров частиц и при сравнительно небольших концентрациях (хд < < 0,3 кг/кг) и мало влияют на характер полей скоростей всего потока. Это подтверждается опытами ряда исследователей [45]. (Вопросы осаждения аэрозольных частиц на стенках сравнительно длинных труб и каналов в соответствии с миграционной теорией осаждения [97 ] здесь не рассматривается.) В проведенных опытах [45] изучалось распределение концентрации (х, кг/кг) и плотности пылевого потока [ , кг/(м -с) ] в рабочей камере модели аппарата при различных условиях подвода и раздачи потока по сечению. Для запыливаиия потока воздуха применялась зола тощего угля с фракционным составом, приведенным ниже, и плотностью р = = 2,16 г/см . [c.312]

Структуру турбулентного потока можно представить в виде совокупности турбулентных вихрей различного размера, или, как часто говорят, масштаба. Крупномасштабные вихри, обладающие значительной кинетической энергией, являются неустойчивыми образованиями и распадаются на более мелкие, распределяя между ними свою кинетическую энергию. За время жизни крупномасштабного вихря только незначительная часть его энергии расходуется на трение, ос-новная же часть передается более мелкомасштабным вихрям, которые в свою очередь также могут дробиться с образованием более мелких вихрей и т. д. Таким обазом, в турбулентном потоке идет непрерывная перекачка энергии от крупномасштабных вихрей к более мелким. [c.176]

При малой концентрации частиц, когда их взаимодействием можно пренебречь, поведение каждой из частиц можно рассматривать как если бы в турбулентном потоке она была единственной. Если при этом частицы крупные, по сравнению с внутренним масштабом турбулентности, то они будут увлекаться в основном только крупномасштабными пульсациями. Если же частицы меньше Яо, что характерно для рассматриваемых нами задач, то основное лияние на их движение будут оказывать пульсации порядка внутреннего масштаба турбулентности. Увлекаемые этими пульсациями капли дисперсной фазы движутся вместе с ними. При этом вследствие неполного увлечения возникает относительное движение капель и жидкости. Для определения закономерностей этого относительного движения мы будем исходить из уравнения медленного относительного движения сферической частицы, выведенного Бассэ, Буссинеском и Озееном для случая покоящейся жидкости и обобщенного Ченом для случая жидкости, движущейся с переменной скоростью [153] [c.180]

Моделирование крупномасштабной турбулентности. В рамках данных моделей рассчитываются крупномасштаб- [c.119]

Турбулентный перенос вещества в газожидкостных системах, осуществляемый крупномасштабными пульсациями, при достаточно больших значениях критерия Не может характеризоваться только параметрами турбулентного потока плотностью среды р, пульсационной скоростью и и масштабом пульсации I [52]. Эти параметры могут дать единственно возможное выражение (/а ), имеющее размерность коэффициента турбулентной диффузии — м с. Поскольку и I (1и/(И), то [c.19]

В этом уравнении величина wH D p = Ре характеризует соотношение потоков вещества, переносимого с основной ско ростью W и турбулентной диффузией D p. Критерий Ред является основным пара.метром диффузионной модели реактора, которая наиболее часто используется при моделировании химических реакторов. Входящий в нее линейный рёзмер характеризует крупномасштабные пульсации, и в качестве его могут быть приняты высота секции аппарата или его диаметр. [c.35]

Скорости этих перемещений и т. Вследствие неустойчивости пульсации первого порядка на них накладываются пульсации второго порядка, имеющие масштаб X" < X, и пульсационные скорости и" < и. Такой процесс последовательного измельчения пульсаций происходит до тех пор, пока для пульсаций некоторого порядка I число Не,- = A,oM, /v не окажется достаточно малым, чтобы ощутимое влияние вязкости жидкости предупреждало образование пульсаций I + 1 порядка. Величина называется внутренним (минимальным) масштабом турбулентности. Число Не,-для внутреннего масштаба имеет порядок единицы. При этих значениях Йе энергия мелкомасштабных турбулентных пульсаций благодаря вязкости диссипируется в тепловую. Хотя энергия диссипации и обусловливается в конечном итоге вязкостью жидкости, ее величину Е характеризуют крупномасштабные пульсации. В частности, она равна потере энергии самых крупномасштабных движений на создание движений меньшего масштаба. Учитывая это, а также ничтожную роль вязкости, можно считать, что основными параметрами, характеризующими свойства турбулентного потока жидкости, являются ее плотность р и энергия диссипации Е. В соответствии с этим скорость турбулентных пульсаций по закону Колмогорова—Обухова , [c.58]

Очень тонкий ламинарный слой, непосредственно примыкающий к стенке, обычно называют ламинарным подслоем, так как в этой области преобладаю вязкие силы. К этому подслою примыкает область с сильно развитым турбулентным течением, называемая переходным слоем, в котором средняя скороси. в осевом направлении быстро увеличивается с расстоянием от стенки. Третья область — основной поток — отличается от двух предыдущих тем, что в пей преобладают инерционные силы, а изменения скорости с расстоянием от стенки относительно малы. В переходном слое развивается интенсивная мелкомасштабная турбулентность, в то время как в основном потоке существует крупномасштабная турбулентность. На самом деле большинство вихрей образуется, конечно, на стенке и перемещается затем в основной ноток, где они затухают. Они зарождаются в виде мелких вихрей, имеющих высокие скорости, и затухают в виде крупных вихрей, имеющих низкие скорости. Пограничньп слой очень тонок на входе в канал или на передней кромке плоской пластины и утолщается с расстоянием вниз но потоку вдоль стенки, по мере того как силы сопротивления замедляют все большую массу жидкости. Эффект утолще ния пограничного слоя показан на рис. 3.6 и 3.7 [16, 17]. [c.46]

Качественно новым этапом описания процессов, протекающих в ферментационной среде бнореактора, явилось развитие представлений о существовании в аппарате отдельных зон, характеризующихся различным уровнем смешения. В основу моделирования возможных ситуаций в бпореакторе положены модели микросмещения и сегрегации. С физико-химической точки зрения ферментационная среда представляет собой многофазную систему, качественно описываемую двухуровневой иерархической схемой, где на нижнем уровне находятся отдельные составляющие среды — клетки, диспергированные капельки субстрата, а на верхнем— крупномасштабные скопления в виде клеточных агломератов, глобул из клеток, субстрата и пузырьков газа. Размер и количество этих скоплений зависит от степени турбулизацин среды. При этом ферментационную среду, соответствующую смешению уровня агрегатов, можно рассматривать как сегрегированную систему, поведение которой соответствует множеству реакторов периодического действия, в которых происходит рост и развитие микроорганизмов в течение времени ферментации. Размер клеточных агломератов и глобул зависит как от сил, сцепленных между элементами их составляющими, так и от интенсивности перемешивания в биореакторе, количественной характеристикой которой может служить величина диссипации энергии в данной области аппарата и связанная с ней величина внутреннего масштаба турбулентных пульсаций [c.147]

Остановимся далее на другой характерной биологической особенности активного ила, связанной с образованием крупномасштабных частиц — хлопьев активного ила. Наличие хлопьев, внутри которых перенос веществ осуществляется за счет молекулярной диффузии, в большинстве практических случаев определяет лимитирующую фазу процесса биологической очистки. Так, при дефиците кислорода внутри хлопьев ила происходит снижение скорости развития бактерий, образование анаэробных, нитчатых форм, что приводит к резкому изменению качества ила, его вспуханию . Размер и структура хлопьев активного ила зависят от многих факторов, включая физиолого-биохимические характеристики ила, условия его агрегации и флокуляции, а также режима перемешпвания и аэрации среды. Турбулизация среды способствует разрушению хлопьев, что, с одной стороны, улучшает условия транспорта кислорода и субстрата к клеткам, а с другой,— ухудшает условия седиментации ила, способствует увеличению илового индекса и снижает качество биоочистки. Указанное противоречие можно преодолеть введением после стадии аэрирования стадии флокуляции, обеспечивающей образование хлопьев активного ила перед подачей его в отстойник. Устойчивый в турбулентном потоке размер хлопьев будет соответствовать масштабу турбулентности 1-а [c.226]

Чтобы найти средства, препятствующие подавлению турбулентности на стенке, в настоящее время проводится исследование потока взвеси тонких волокон и частиц [58]. Твердые добавки стремятся двигаться вдоль трубы в виде вращающихся клубков волокон (фиг. 7.2). В действительности эти клубки оказывают такое же влияние, как крупномасштабные вихри, которые как бы искусственно создаются вблизи стенки. Частицы, попавшие в эти клубки, имеют короткое время пребывания на стенке и, кроме того, происходит хорошее смешение. Хотя среда с волокнами может более эффективно переносить тепло, чем взвесь только мелких частиц, работа вспомогательного оборудования при использовании смесей волокон и частиц существенно усложняется. Например, оказалось, что в бункерах для хранения частиц в присутствии волокон существенно усиливается тенденция материала к сво-дообразованию. [c.242]

Еш е два фактора заслуживают того, чтобы быть здесь отмеченными, потому что они приводят к заметному расхождению между теорией и экспериментом. Во-первых, в зоне пламени, где температура выше, а плотность меньше, действуют выталкиваюш ие силы, которые деформируют пламя. Следовательно, предположение (1) 4 главы 1 оказывается не вполне справедливым. Во-вторых, течение в горелках рассматриваемого типа почти всегда характеризуется сильной крупномасштабной турбулентностью. Турбулентность вызывает расширение и быстрые флуктуации пламени, и таким образом приводит к качественному расхождению с развиваемой ламинарной теорией. Однако поскольку скорость турбулентного горения предварительно перемешанных газов обычно регулируется интенсивностью турбулентного перемешивания, полученные результаты можно с разумной точностью применить к средним характеристикам турбулентных систем, если заменить коэффициенты диффузии в ламинарном потоке коэффициентами турбулентной диффузии. Турбулентные пламена в потоках с предварительным перемешиванием подробно рассматриваются в главе 7. [c.72]

Предполагается, что при горении в реяшме крупномасштабной турбулентности для турбулентного пламени будет справедлива модель искривленного ламинарного пламени (см. рис. 4). Форма искривленного ламинарного пламени изменяется в пространстве и во времени, и искривленное ламинарное пламя заполняет наблюдаемую зону турбулентного пламени. Очевидно, что искривление приводит к тому, что кажущаяся (осреднепная по пространству и времени) толщина турбулентного п.ламени будет больше, чем толщина ламинарного пламени, а также приводит к увеличению скорости турбулентного пламени по сравнению со скоростью ламинарного пламени, так как площадь поверхности искривленного ламинарного пламени должна превышать геометрическую площадь поперечного сечения набегающего потока Ат (т. е. плошадь поверхности турбулентного пламени) [ 1. Так как полный расход массы через турбулентное пламя равен расходу массы через искривленное ламинарное пламя, то должно выполняться уравнение = ро Ль, которое может быть записано в виде [c.242]

Дамкеллер предположил [ ], что область, разделяющая режимы мелкомасштабной и крупномасштабной турбулентности, будет находиться там, где характерный размер турбулентного вихря (или микромасштаб турбулентности) й, грубо говоря, будет сравним с толщиной ламинарного пламени /ь, т. е. в промежуточной области имеет место соотношение [c.243]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология