Мелкомасштабная турбулентность

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕЛКОМАСШТАБНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ [c.139]

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]

Проблемы теплоотдачи к кипящим жидкостям очень специфичны. Например, вследствие образования паровых пузырей на иоверхности нагрева поблизости от нее обычно возникает мелкомасштабная турбулентность, благодаря которой даже в неподвижном объеме жидкости коэффициент теплоотдачи, по-видимому, очень велик. Сопровождающие этот процесс явления и соотношения между основными параметрами настолько сложны, что им посвящена отдельная глава (см. гл. 5). [c.67]

Определялись поправочные множители, учитывающие влияние естественной конвекции на скорость горения [ ]. Исследовалось влияние испарения и горения на сопротивление сферы (например, в работах [ ] и [ ]). Разные авторы исследовали влияние полимеризации, крекинга и фракционной перегонки в каплях многокомпонентного жидкого горючего, учитывали радиационный перенос тепла от пламени к кайле, теплопроводность (неоднородность температуры), движение жидкости внутри капли, интенсивную мелкомасштабную турбулентность в газе, близость других горящих капель, находящихся в окисляющей атмосфере, рассматривали явления воспламенения и погасания. Тем пе менее простых надежных и полезных поправок к формуле (58), учитывающих какой-либо из этих эффектов, не было получено. [c.89]

В режиме мелкомасштабной турбулентности, но-видимому, могут быть использованы представления, приводящие к соотношению (5.2), если только молекулярные коэффициенты переноса и скорости реакций для ламинарного потока заменить коэффициентами переноса и скоростями реакций в турбулентном потоке. В обозначениях настоящей главы уравнение (5.2) примет вид [c.240]

Мелкомасштабная турбулентность 1<Ь) при больших значениях коэффициента турбулентного перемешивания может обеспечить столь быстрый процесс перемешивания во фронте пламени, что можно пренебречь временем смешения по сравнению со временем реакции и тогда горение будет определяться скоростью да химической реакции. [c.141]

Вероятность протекания процесса горения с мелкомасштабной турбулентностью сравнительно невелика вследствие характерной для этого случая малой ширины фронта пламени. [c.141]

Отличительной особенностью горения в условиях мелкомасштабной турбулентности служит отсутствие разрушения фронта пламени. [c.141]

Уже при рассмотрении кинетического горения в ламинарном потоке мы убедились, что форсировка горения связана с увет1ичением поверхности фронта воспламенения, что и является средством одновременного введения в процесс большего количества горючей смеси. Однако в ламинарном потоке это достигалось, например, на бунзеновской горелке за счет удлинения конуса горения. При турбулизации потока возникающая пульсационная скорость начинает волновать поверхность фронта, если имеет место мелкомасштабная турбулентность, т. е. если масштаб турбулентности [c.93]

Безразмерный коэффициент ф в формуле (5) характеризует относительное число или вероятность участия турбулентных пульсаций потока в мелкомасштабной турбулентности. [c.43]

Рис. 2. Действие мелкомасштабных турбулентных пульсаций в пределах пограничной зоны реакции

Таким образом, анализ первых двух групп пульсаций показал, что мелкомасштабная турбулентность, с одной стороны, приводит к интенсификации молекулярного обмена пограничной зоны реакции, с другой стороны — к искривлению ее поверхности и соответствующему увеличению видимой скорости ее распространения. [c.46]

Как известно из работы [Л. 21], при горении однородной смеси в ламинарном потоке п в потоке с мелкомасштабной турбулентностью ширина зоны химических превращений меньше полной (тепловой) ширины зоны горения. Это, конечно, остается правильным и в данном случае, если рассматривать мгновенные положения фронта пламени. При рассмотрении же зоны горения с учетом осредненных величин разделение ее на тепловую и химическую зоны невозможно. [c.247]

Исходя из совершенно аналогичных соображений, можно получить соответствующие зависимости и для случая мелкомасштабной турбулентности потока, заменив коэффициент молекулярной температуропроводности а коэффициентом турбулентной температуропроводности, роль которого играет коэффициент турбулентного обмена А = 1- 11). Случай горения газа при мелкомасштабной турбулентности потока рассматривался Дамкелером [Л. 92], который для скорости распространения фронта пришел к выражению [c.94]

Основное влияние на повышение интенсивности массопередачи в разработанных контактных устройствах оказывает плёночное течение одной из фаз с двусторонней развитой свободной поверхностью, которое создаёт условия для интенсивного вихреобразования, ведущего к значительному увеличению активной поверхности и интенсивности взаимодействия фаз. Особая внутренняя структура контактного устройства с различными локальными источниками возмущения и деформации плёнки способствует развитию межфазной и спонтанной мелкомасштабной турбулентности, влияет на обновление межфазной поверхности плёнки. Основными преимуществами контактных устройств являются [c.29]

Если принять, что общая поверхность фронта горения при мелкомасштабной турбулентности Рт, а при ламинарном горении / л, то турбулентная скорость распространения пламени будет [c.144]

В инерционном интервале в полученном уравнении, в силу равновесности мелкомасштабной турбулентности, нестационарное слагаемое можно опустить. [c.63]

Напомним основные идеи теории мелкомасштабной турбулентности. Первый шаг в построении этой теории принадлежит Ричардсону [1922, 1926], в работах которого сформулированы качественные представления о каскадном характере передачи энергии по спектру турбулентности, т.е. [c.139]

Следующий шаг в развитии теории мелкомасштабной турбулентности сделал Ландау (см. Ландау и Лифшиц [1954]), который заметил, что диссипация энергии распределена в турбулентном потоке случайным образом. [c.140]

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]

Объемное горение можно наблюдать в искусственно созданных устройствах, в которых с помощью специальных мероприятий обеспечиваются условия для быстрого смешения продуктов сгорания и свежей смеси. Некоторым приближением к такому устройству является так называемый реактор Лонгвелла. Прямые экспериментальные наблюдения объемного горения в свободных потоках отсутствуют. Объясняется это весьма высокими требованиями, предъявляемыми объемной моделью к мелкомасштабности турбулентного потока. [c.137]

Эксперименты в основном, по-видимому, свидетельствуют о том, что скорость турбулентного горения быстро увеличивается с ростом интенсивности турбулентности и (за исключением случая мелкомасштабной турбулентности) слабо меняется с изменением масштаба (характеризующего величину турбулентного вихря) турбулентности. Результаты экспериментов Дамкеллера [ 1 могут быть достаточно хорошо описаны с помощью формулы (рис. 1) [c.229]

Формула (10) аналогична выражению, предложенному Дамкеллером [Ц в случае мелкомасштабной турбулентности. Поскольку известно, что величина (Я/< р)г растет с ростом интенсивности турбулентности, то, воспользовавшись формулами (10) и (8), можно получить форл1улу [c.241]

ЭТИХ представлений, считают, что мелкомасштабная турбулентность носит определяющий характер, а крупномасштабная — определяемый. Возникновение в зоне горения мелкомасштабной турбулентности влечет за собой увеличение ширины зоны горения, что приводит к постепенному освоению этой зоной пульсаций все более крупных масштабов. При возрастании роли крупномасштабного механизма ускорения процесса горения падает значение мелкомасштабного механизма, и наоборот. Процесс крупномасштабного ускорения в условиях нестационарного горения приводит к быстрому росту скорости распространения пламени за счет расширения зоны горения б. В дальнейшем по мере то о, как пламя становится стационарным, роль крупномасштабного ускорения процесса горения становится все меньше в связи с тем, что зона горения постепенно расширяется за счет мелкомасштабного механизма ускорения и поглощает 1зсе пульсации более крупных масштабов. В связи с тем, что в турбулентном потоке могут возникать и исчезать турбулентности тех или иных масштабов, ширина зоны горения даже при стабилизированном горении может меняться это приводит к характерной вибрации и шумам в турбулентном пламени. [c.143]

В соответствии со взглядами Дамкелера и Щелкина при исследовании влияния турбулентных пульсаций на распространение пламени следует различать два существенно различных случая мелко- и крупномасштабную турбулентность. Эффект мелкомасштабной турбулентности сводится к интенсификации процессов молекулярного обмена в ламинарных пламенах, возникающих в зоне горения по границам контакта продуктов горения и исходной топлив о-в оздушной смеси. В дальнейшем для краткости изложения ламинарные пламена с интенсифицированным молекуляр- [c.41]

Таким образом, анализ показал, что основой для перехода к объемной модели является пограничная зона реакции, а сам процесс перехода связан с вовлечением всего спектра масштабов в мелкомасштабную турбулентность. Объемное состояние зоны горения еледует рассматривать как теоретически предельное, которое может иметь место, когда появление низкочастотных турбулентных пульсаций маловероятно. [c.51]

Таким образом, при возникновении мелкомасштабной турбулентности все характеристики горения начинают зависеть не только от кинетических факторов, иначе говоря, от скорости (М орлг)> 0 И ОТ ПуЛЬСЭЦИОННОЙ СКОРОСТИ (да ), иначе говоря, от скорости потока Кот)- [c.95]

Принципиальное преимущество метода LES перед RANS состоит в том, что, благодаря относительной однородности и изотропности мелкомасштабной турбулентности, задача построения подсеточных моделей оказывается существенно более простой, чем построение моделей турбулентности для RANS, когда необходимо моделировать весь спектр турбулентности. По той же причине надежды на создание универсальной подсеточной модели для LES являются гораздо более обоснованными, чем аналогичной модели для RANS. [c.122]

Отсюда ясно, что пригодность гипотезы подобия, так же как и всей теории мелкомасштабной турбулентности, нуждается в тщательном анализе. Действительно, каскадный характер передачи энергии по спектру турбулентности может осуществляться только, если области К < г и К >г (т.е. очень большие или очень малые вихри) не дают вклада в интеграл, содержащийся в (4.16). Другими словами, необходимо проанализировать сходимость этого интеграла. Рассматриваемый вопрос решается при исследовании поведения подьштегральной функции в областях г Я. [c.151]

Чтобы пояснить сделанный вьюод, напомним, что критерий К описывает влияние гидродинамических деформаций на внутреннюю структуру пламени, и в соответствии с формулой (6.10) он рассчитывается по градиенту пульсационной скорости в исходном свежей смеси. Поскольку в пламени рождается дополнительная мелкомасштабная турбулентность, то определение величины К следует пересмотреть. В соответствии с этим введем величину где - характерное значение градиента [c.228]

Представляется, что оба указанных условия вьшолнены, во всяком случае в задачах, которые рассмотрены в данной книге. По-видимому, универсальность статистических характеристик мелкомасштабной турбулентности не требует специальных комментариев. Поэтому рассмотрим, в какой степени универсально распределение вероятностей концентрации, полученное в главе 3. Из исследования, проведенного в главе 5, видно, что формулы (3.56), (3.57) позволяют решить ряд практических задач, например, рассчитать концентрации окислов азота и углеводородов в диффузионном факеле. Важно, что формула (3.57) правильно описывает не только часто, но и редко встречающиеся события. Этот вывод ясен из сопоставления рассчитанных и измеренных значений эквивалентной концентрации пропана, которая на заключительном этапе горения определяется чрезвычайно редким появлением областей с составом, сильно отличающимся от среднего. [c.257]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология