Механизм турбулентности

Как указывалось выше, механизм молекулярной вязкости состоит в переносе количества движения в потоке жидкости за счет теплового движения молекул. Механизм турбулентной вязкости заключается в переносе количества движения не отдельными молекулами, а комками жидкости, участвующими в турбулентных пульсациях. Молекулы переносят импульс (количество движения) со скоростью их теплового движения на длину свободного пробега, турбулентные же пульсации переносят количество движения со скоростью этих пульсаций на значительно большее расстояние, равное длине пути смешения. В связи с этим диссипация энергии в турбулентных пульсациях значительно превышает диссипацию энергии, обусловленную молекулярной вязкостью. [c.111]

Для получения решения по теплоотдаче в указанном случае можно использовать интеграл Лайона (3.15). Механизм турбулентного переноса тепла описывается посредством турбулентного коэффициента теплопроводности Я,т. Если определить Х-с по уравнению (3.3), а коэффициент турбулентной вязкости Цт принять равным Цт = бцР, то выражение, стоящее в знаменателе интеграла Лайона, можно записать в виде [c.106]

Большей областью применения обладает модифицированная аналогия переноса тепла и импульса, которую предложили Т. Карман и Р. Мартинелли для расчета теплообмена при турбулентном движении внутри труб теплоносителей со значительно отличающимся от единицы числом Прандтля. Ими принято допущение о подобии механизма турбулентного переноса тепла и импульса, что позволило распространить модифицированную аналогию на случай отсутствия подобия полей температуры и скорости в потоке. Применимость этой аналогии для шероховатых труб с более сложной гидродинамикой потока, чем в гладких трубах, была отмечена еще в работе Р. Мартинелли. [c.358]

Широкий диапазон изменения физических свойств жидкостей (водные и органические среды) в промышленной практике абсорбции и газо-жидкостных реакций ставит под сомнение это замечание автора. Кроме того, наличие данных о характере зависимости /г/, от О а важно не только непосредственно для практических целей, но и для уже упоминавшегося зондирования пограничного слоя с целью изучения механизма турбулентного обмена в нем. Прим. пер. [c.107]

Механизм турбулентного течения можно представить следующим упрощенным образом. В процессе турбулентного течения [c.317]

При скоростях 3 и 7,6 м сек поверхность начального участка пламени, определяющаяся изотермой с температурой 870° С, оставалась неподвижной, но при скорости 15,2 м/сек эта изотерма смещалась в направлении движения струи. Это можно рассматривать как доказательство того, что скорость распространения пламени возрастает сначала пропорционально скорости потока (или интенсивности турбулентности), а затем несколько медленнее, как это наблюдается в некоторых случаях в турбулентных пламенах предварительно приготовленных смесей. Однако это объяснение не позволяет глубже понять природу и механизм турбулентного диффузионного пламени. [c.333]

Для исследования, проведенного в лаборатории Института им. П. И. Баранова, был выбран открытый стационарный факел с центральным источником поджигания. Так как размеры источника были малы, то можно было принять, что образование фронта пламени происходит от точечного источника поджигания в потоке. Пламя от точечного источника распространяется с некоторой скоростью, определяемой механизмом турбулентной диффузии и нормальной скоростью распространения пламени. Поверхность пламени при распространении его в неподвижном газе представляла бы собой поверхность сферы, но при горении в потоке пламя сносится набегающим потоком горючей смеси и осредненный фронт пламени представляет собой (приближенно) поверхность конуса, ось которого совпадает с ОСЬЮ потока. [c.230]

Входящее в выражение для ядро коагуляции /С(со, V), называемое иногда константой коагуляции, обусловливает частоту столкновения капель объемами со и У и может быть определено в результате исследования относительного движения двух капель под действием различных сил взаимодействия — гравитационной, гидродинамической, молекулярной. Характер гидродинамической силы зависит от структуры потока. В ламинарном потоке относительное движение капель различного размера происходит за счет гравитационного осаждения и градиента скорости несущей среды. При этом /С(со, V) определяется сечением столкновения капель и находится в результате анализа траекторий движения одной капли относительно другой [см. раздел 13.1]. В турбулентном потоке сближение капель происходит за счет хаотических пульсаций, приводящих к большему по сравнению с ламинарным потоком числу актов столкновения в единицу времени. Существуют три основных механизма, обусловливающих сближение и коагуляцию капель в турбулентном потоке инерционный, за счет различных скоростей движения отличных по размерам капель сдвиговый (градиентный), вызванный наличием сдвигового течения в окрестности рассматриваемой капли при обтекании ее пульсациями различного масштаба турбулентная диффузия, в основе которой лежит предположение об аналогии между процессом диффузии и движением капель под действием случайных турбулентных пульсаций. В разделе 13.6 показано, что применительно к рассматриваемому процессу основной вклад в скорость коагуляции капель в турбулентном потоке дает механизм турбулентной диффузии, и ядро коагуляции с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействия капель имеет вид [c.547]

После завершения перехода к турбулентности в потоке воды продолжается развитие спектра пульсаций и процессов переноса. Спектр колебаний скорости расширяется, а интенсивность пульсаций температуры уменьшается. Механизмы турбулентного переноса становятся более эффективными, несмотря на прекращение роста возмущений скорости. Такие изменения в направлении течения продолжаются до тех пор, пока распределения параметров, масштабы, интенсивность пульсаций и другие характеристики турбулентности не начинают соответствовать зависимостям полностью развитого турбулентного течения. [c.39]

С другой стороны, путем, указанным Рейнольдсом, Прандтлем, Тейлором, фон Карманом и другими, можно вывести формулы для теплообмена из гидродинамических измерений и глубоко проникнуть в механизм турбулентного теплообмена. [c.253]

Возможность усовершенствования расчета турбулентного теплообмена основывается на лучшем знании механизма турбулентного потока. Полное описание такого потока с его постоянно изменчивым характером потребовало бы знания параметров потока — скорости и давления — в каждой точке потока и в каждый момент времени. В настоящее время мы не имеем возможности дать такое описание и поэтому должны удовлетвориться знанием осредненных во времени величин. Процесс преобразования уравнений Навье — Стокса был описан в 1883 г. О. Рейнольдсом. Мгновенные параметры потока описываются как сумма осредненной во времени величины (отмеченных черточками над буквами) и мгновенного отклонения от этого значения (флуктуация указывается штрихом) [c.274]

Существуют два основных механизма коагуляции капель в турбулентном потоке [2] инерционный и механизм турбулентной диффузии. В основе инерционного механизма лежит предположение о том, что турбулентные пульсации не полностью увлекают каплю. В результате относительные скорости, приобретаемые каплями за счет турбулентных пульсаций, зависят от массы капель. Разность пульсационных скоростей капель различного радиуса обусловливает их сближение и увеличивает вероятность столкновения. В основе механизма турбулентной диффузии лежит предположение о полном увлечении капель турбулентными пульсациями того масштаба, который играет основную роль в механизме сближения капель. Поскольку капли хаотически движутся под действием турбулентных пульсаций, их движение сходно с явлением диффузии и может быть охарактеризовано турбулентным коэффициентом диффузии. [c.386]

МЕХАНИЗМ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ [c.389]

Оценим теперь скорость роста капель за счет механизма турбулентной диффузии. Для простоты считаем, что капли одинакового размера. Тогда частота столкновения определяется как [c.390]

Сравним характерные времена укрупнения капель за счет инерционного механизма, и механизма турбулентной диффузии [c.390]

Так же, как и раньше, будем рассматривать г, как характерное время коагуляции полидисперсного ансамбля капель, обусловленной механизмом турбулентной диффузии с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействий. Оценим это время. Для характерных значений потока рд= 40 кг/м , = 5 10 м, Цо= 1,2 10 Па с, W= 2 10 м /м и параметров распределения Ran =10-5 /г = 3 имеем 1/т, =0,257. При этом увеличение радиуса капель в 2 раза происходит за время t 7 с. Это время почти на два порядка больше, чем для монодисперсного распределения без учета гидродинамических и молекулярных сил. Такая большая разница характерных времен обусловлена, конечно, не учетом полидисперсности распределения, поскольку и метод моментов и сделанное упрощение при определении решения уравнения (15.44а) нивелирует полидисперсность, а учетом сил взаимодействия. [c.394]

Таким образом, и в рассматриваемом случае основным механизмом коагуляции капель является механизм турбулентной диффузии. [c.395]

Можно предположить, что существуют суточные вариации оптической плотности и вертикальной структуры в пределах зоны активного турбулентного обмена атмосферы. Исходя из механизма турбулентного обмена максимальная толщина аэрозоля в устойчивых погодных условиях может достигаться в послеобеденные часы в связи с сильным прогревом почвы над континентом. В этом случае высота 22 принимает максимальное значение. В ночные и ранние утренние часы верхние аэрозольные слои могут опускаться, увеличивая замутненность нижних приземных слоев атмосферы. Если в дневные часы поверхность является источником аэрозолей, то в ночные часы она может являться местом стока аэрозолей. В условиях отсутствия конденсационных процессов атмосферных паров Н2О ночная атмосфера должна содержать меньшее количество грубодисперсной фракции аэрозолей. Для средних летних условий оптическая толщина аэрозоля зоны активного турбулентного обмена над континентом составляет около 0,2—0,3. В ночных условиях наблюдается более высокая относительная влажность атмосферы, в связи с чем более сухой аэрозоль днем поглощает больше, чем агрегированный аэрозоль ночью, когда относительная влажность нередко достигает 100%. Поглощение коротковолновой радиации агрегированными частицами резко уменьшается, [c.127]

Механизм турбулентного горения. ..................... [c.4]

Механизм турбулентного горения [c.223]

Как было указано выше, конвективный массоперенос в волнистых пленках осуществляется по механизму турбулентных пульсаций. В свою очередь, интенсивность последних также зависит от целого ряда параметров. Массообмен для бесконечно малого элемента жидкостной пленки описывается системой дифференциальных уравнений конвективной диффузии, Навье — Стокса и неразрывности [9, 10]. Точное решение этой системы в настоящее время невозможно из-за недостаточной изученности основной проблемы современной гидродинамики — проблемы турбулентности. [c.82]

Диффузия в турбулентном потоке. При турбулентном движении вторичные скорости, накладывающиеся на основной поток, изменяются во времени и в пространстве. Распределение этих скоростей, характеризующих турбулентность потока, хаотичное поэтому для изучения турбулентного движения должны применяться статистические методы. Наиболее подробно разработаны теории, основанные на некоторых упрощенных моделях механизма турбулентного движения. Например, допускается, что вихри в турбулентно движущейся жидкости перемещаются из одной точки потока в другую, где они исчезают, смешиваясь с потоком возникновение и перемещение вихрей носит неупорядоченный характер. При этом вихри переносят свойства жидкости из точки возникновения вихрей в точку, где они разрушаются. Такая гипотеза дает наглядное представление о том, каким образом в турбулентном потоке очень быстро усредняются концентрации растворенного вещества. [c.189]

Таким образом, механизм турбулентности представляется в некоторой степени аналогичным механизму молекулярного движения. Различие заключается в том, что во втором случае перемешивание происходит в результате беспорядочного теплового движения молекул, в случае же турбулентного движения перемешивание совершается в результате беспорядочных движений молей газа. В соответствии с этой аналогией введено понятие длины пути смешения, имеющее для турбулентного движения такой же смысл, как понятие о средней длине пробега молекул в кинетической теории газов. Длина пути смешения есть расстояние, на которое перемещаются моли газа некоторого слоя до внедрения их в другой, или, другими словами, это путь, на протяжении которого частица сохраняет свою индивидуальность, т. е. движущийся моль газа проходит это расстояние, не распадаясь. В частности, это некоторая средняя поперечная длина, пройдя которую отдельные, перемещающиеся в потоке моли жидкости теряют свою [c.87]

Физическая модель механизма турбулентного движения была предложена Л. Прандтлем в 1925 г. в следующем виде. В турбулентном течении возникают жидкие комки, т. е. элементарные конечные объемы жидкости, или, как их называют, моли, каждый из которых на протяжении некоторого расстояния, называемого длиной пути смешения, движется в виде единого целого с собственной скоростью, сохраняя количество движения, а пройдя это расстояние, смешивается с окружающей жидкостью. [c.93]

В зоне смешения неизотермической струи под влиянием изменения температуры изменяется плотность газа, т. е. в данном случае имеется струя сжимаемого газа. Полагая, что механизм турбулентного расширения неизотермической струи является таким же, как и изотермической струи, соотношение для интенсивности расширения газовой струи в зависимости от параметров потока на границах зоны смешения, на-зываемое уравнением распространения струи, можно выразить соотношением (7-7) при подстановке в него выражения для градиента скорости [c.112]

Для расчета этой функции необходимо сделать некоторые допущения о механизмах турбулентной и поверхностной неустойчивостей. Хотя эти допущеш я в большей или меньшей степени произвольны, онн тем не менее позволяют установить, что простое степенное представлеиие зависимости N11 (Не , Рг , Ка) уже несправедливо. С другой стороны, в большинстве практических случаев для различных веществ числа Прандтля и Капицы примерно пропорциональны. Поэтому понятно, что некоторые авторы представляют свои результаты как функцию одного только числа Прандтля. Возможно стоит упомянуть, что при большом значении числа Прандтля (при.мерно равном 20) свойственные турбулентному течению характеристики теплообмена наблюдаются уже при малых числах Рейнольдса (около 10), югда как при меньших числах Прандтля переход к турбулентному режиму теплопереноса наступает при числах Рейнольдса, примерно равных 300. На рис. 4 изображены зависимости NlJ(Re,, Рг , Ка) для различных веществ, характеризующихся малыми и большими значениями чисел Прандтля и Капицы. Эти зависимости построены иа основе экспериментальных данных, относящихся к таким условиям, в которых внешнее поверхностное трение отсутствует, т. е. параллельный пленке компонент скорости пара равен нулю. Если же конденсация происходит внутри вертикальной трубы, причем преимущественно в ее верхней части, то [c.95]

Имеются две теории, объясняющие механизм турбулентного распространения пламени теория фронтового или поверхностного горения и теория объемного горения. [c.140]

Механизм турбулентного распространения пламени и величина зависят от масштаба турбулентности. В случае мелкомасштабной турбулентности, когда длина пути смешения мала по сравнению с шириной зоны ламинарного горения, считают, что фронт пламени в потоке имеет некоторое среднее положение и среднюю толщину и, так же как при горении в ламинарном потоке, сгорание происходит путем распространения непрерывного фронта пламени. Увеличение же скорости турбулентного распространения пламени вызвано увеличением скорости горения на единице поверхности такого осредненного фронта пламени. Это происходит вследствие того, что на процессы молекулярного переноса накладываются процессы турбулентного переноса, увеличивающие коэффициент переноса до йм-ЬЯт, где От — коэффициент турбулентной температуропроводности. [c.141]

По этой теории механизм турбулентного распространения пламени представляется отличным от ламинарного, без непосредственного молекулярного тепло- и массообмена и, следовательно, без участия механизма ламинарного горения. [c.145]

Здесь осредненная по времени концентрация обозначена через с, а через с — флуктуация около среднего значения. Величина называемая коэффициентом вихревой диффузии , является функцией скорости сдвига. Определение коэффициента вихревой диффузии составляет основную задачу экспериментальных исследований. Разумно предположить, что импульс и масса переносятся в турбулентных потоках аналогичным образом— с помощью механизма турбулентных пульсаций. Вот почему для оценки используются те же самые гипотезы, что и для оценки вихревой вязкости [112]. К сожалению, эти гипотезы содержат ряд эмпирических констант, определение которых может оказаться неточным, что может привести к серьезным ошибкам при вычислении коэффициентов массопереноса. [c.123]

Очевидно, что для получения более четких представлений о механизме турбулентности потоков взвесей необходимо проведение более детальных исследований [6]. В частности, особое внимание необходимо уделить вопросу о роли члена VIII в уравнении (8.2), определяющего генерирование турбулентности. Например, когда т <С te, как принималось при выводе уравнения. (8.4), вклад турбулентной энергии частиц при течении со сдвигом, может быть весьма значительным. . [c.273]

Значения высоты пламени и эффективности горения в случае турбулентных диффузионных пламен предсказать легче, чем предсказать значения скорости турбулентных пламен в системах с предварительным перемешиванием. Это связано с тем, что, как установлено экспериментально, в случае диффузионных пламен полная скорость реакции определяется интенсивностью турбулентного неремеши-вания (хотя можно предположить, что при очень сильной турбулентности турбулентное перемешивание может стать настолько интенсивным, что скорость химических превра-ш,епий в турбулентном потоке будет определяться полной скоростью химической реакции). Так как механизм турбулентного перемешивания сравнительно хорошо нонят [8-10], теории турбулентных пламен в системах без предварительного перемешивания оказались весьма успешными [62-64] теории здесь обсуждаться не будут, потому что они, в сущности, мало отличаются от теории, изложенной в 2 главы 3 (см. пункте 2 главы 3). [c.234]

Когда местная турбулентность создается за счет набегания потока на плохо обтекаемое тело ( экраны , воротники , сетки, расположенные вблизи форсунки или горелки, или в отдельных случаях сама форсунка или горелка), масштаб дробления оказывается примерно одного порядка с начальным масштабом турбулентности. В этом случае горение осуществляется по второму механизму (турбулентное смесеобразование). Горение устойчиво держится в турбулентном следе, так как среди всех возможных, образующихся концентраций всегда находится и такая, которая необходима для воспламенения при данных условиях вновь образующейся и поступающей к месту горения рабочей смеси. По мере удаления потока от источника турбулизации (края плохо обтекаемого тела) масштаб турбулентности будет расти, а масштаб дробления останется примерно прежним или даже уменьшится за счет вторичного дробления. В конце концов на некотором расстоянии от стабилизатора воспламенения (источника турбулизации) масштаб дробления станет настолько меньше масштаба турбулентности, что горение начнет итти по первому механизму (микросмешение посредством молекулярной диффузии), что должно привести к ухудшению хода процесса выгорания. Такое положение вещей и наблюдается обычно в хвосте пламени диффузионного факела. Впрочем, этому должны способствовать и другие факторы уменьшение концентрации окислителя в потоке, охлаждение факела и пр. Для того чтобы микродиффузионное горение протекало в диффузионной области, необходимо соблюсти условие [c.97]

Повышение эффективности переноса тепла вызвано дополнительными механизмами турбулентного переноса, такими, как турбулентная конвекция тепла вниз по течению за счет дСрП и более интенсивный перенос тепла от поверхности во внешнюю область пограничного слоя за счет g v t. Результаты измере- [c.47]

Механизм турбулентного перемешивания в осн. одинаков для внутр. трения, тепло- и массопроводности. Различие состоит лишь в особых св-вах переносимой пульсац. течением субстанции импульса (кол-ва движения), в-ва или теплоты. Согласно аналогии Рейнольдса, коэффициенты Т.д., кинематич. вязкости и температуропроводности равны друг другу [c.19]

Учет гидродинамического и молекулярного взаимодействий капель можно сделать так же, как это было ранее сделано для эмульсий в разделе V. При сближении капель под действием турбулентных пульсаций до расстояний, меньших >.0, они испытывают значительное сопротивление окружающей среды, а также силы молекулярного притяжения, которые и обеспечивают столкновение и слияние капель. Если основным механизмом коагуляции капель является механизм турбулентной диффузии, то коэффициент турбулентной диффузии зависргг от коэффициента гидродинамического сопротивления [см. (11.70), (11.72) и (11.74)], а следовательно, и от относительного зазора между сближающимися каплями [c.391]

Этот критерий прекрасно объясняет кажущиеся противоречия между результатами различных экспериментаторов, искавших универсалыЕый механизм ускорения горения под действием крупномасштабной турбулентности. Так, Кокушкин [17] изучал пульсации температуры в бензино-воздушном факеле. Им были обнаружены только две температуры начальная и максимальная температура горения промежуточные температуры отсутствовали. Таким образом, наблюдался чисто поверхностный механизм турбулентного ускорения пламени. Напротив, в работах Саммерфилда [16] при горении метана в воздухе была обнаружена широкая зона химической реакции. Авторы измеряли пространственное распределение промежуточного продукта — радикала СН и конечного продукта — паров воды. Измерения показали, что место, где заканчивается образование паров воды, в турбулентном пламени удалено на расстояние от 2 до 10 мм от места максимальной концентрации радикала СН, в то время как толщина фронта нормального пламени не превышает 0,5 мм. Таким образом, в этом случае эксперимент непосредственно свидетельствовал об объемном механизме турбулентного горения. Но если сравнить экспериментальные условия этих двух работ, то окажется, что в первом случае критерий поверхностного ускорения удовлетворялся, во втором — нет. [c.270]

Хотя диссипация энергии происходит только в мелкомасштабных пульсациях, в соответствии с механизмом турбулентности дис-сипируемую энергию, отнесенную к единице объема жидкости (бди), можно рассматривать как величину, характеризующую турбулентное движение в целом. Л. Д. Ландау оценил эту величину, основываясь на анализе размерностей. Кинетическая энергия крупномасштабных пульсаций, равная по величине Бд , зависит от масштаба этих пульсаций (максимальное значение которого равно определяющему размеру 1), изменения скорости на этой длине Аш и плотности жидкости р. Из трех данных величин можно составить единственную комбинацию р(Лш)з/1 с размерностью величины ед . Следовательно Р (Дги)з/1 [c.106]

Определенные таким образом турбулентные скорости горения, при постоянной интенсивности турбулентности ((ы ) = 4 м I сек для пропана и около 5 м I сек для водорода), как видно из рис. 221, для пропановых пламен изменяются в соответствии с изменением ламинарной скоростп горения, т. е. в согласии с ламинарным механизмом турбулентного горения. Однако это соответствие полностью исчезает, как только л1ы переходим к водородовоздушным цпаменам, для которых изменение не идет в том же напранленин, как изменение темнературы юрения (что обязано изменению коэффициентов молекулярного переноса с составом смеси). [c.292]

С учетом этих особенностей горения у пределов распространения скорость турбулентного горения и в этих 0 ытах оказывается независящей от скорости ламинарного горения и связанной с температурой горения — вывод, несовмест мый с ламинарным механизмом турбулентного горения. Альтернативным по отноше ИЮ к ламинарному горению является последовательное самовоспламенение. Это означает, что турбулентное перемешивание свежего газа с продуктами сгора ия приводит и к возникновению воспламенения и к последующему его угасанию, создавая таким образом процесс пульсирующего воспламенения. Цикл воспламенения и затухания осуществляется на протяжении времени, в течение которого в данном элементарном объеме пульсационная скорость изменяется от нуля до некоторого максимального значения и, т. е. за время, близкое 1-с характеристическому, определяемому соотношением (19.10). Соответствующий объем газа, охваченный циклом, определяется Лагранжевым путем диф-фузи 1, т. е. соотношением (19.11). На этом пути возникшее пламя затухает вследствие снижения его температуры в результате интенсивного перемешивания горящего газа со свежим по мере же ослабления перемешивания и теплоотдачи за пределы данного объема в нем возобновляется экзотермическая реакции и восиламенение. Сама периодическая смена горения и затухания, специфичная для турбулентного пламени, возможна [c.293]

Повышенное значение критерия Рейнольдса указывает на большую-степень турбулентности. Экспериментально было установлено, что при значениях Не<Некр=2320 в трубах и каналах движение имеет ламинарный характер, а при Не>Кекр--турбулентный. При значениях Ке значительно выше критического молекулярная вязкость перестает играть заметную роль, наступает область развитой турбулентности. Все выше сказанное о механизме турбулентного движения относится к области развитой турбулентности, когда эффектом молекулярной диффузии и теплопроводности можно пренебречь по сравнению с турбулентным массо- и теплообменом. [c.88]

Если предположить, что механизм турбулентного обмена количества движения массы и тепла одинаков, то при этом, как видно из сравнения выражений (6-34), (6-43) и (6-45а), одинаковыми получаются 8т, Ё5 и 8т- Однако ОПЫТЫ показзли, что коэффициенты турбулентного обмена при переносе количества движения и при переносе тепла или примеси не совпадают, в частности, в случае свободной турбулентности Ед1ет—2, а Ет=Ед. По теории переноса завихренности коэффициент турбулентного обмена получается больше, чем по теории переноса количества движения, поэтому теория Г. Тейлора дает лучшее совпадение с опытными данными по коэффициентам переноса. [c.97]