Cтраница 1
Взаимодействие вихрей, начальная форма которых определяется из условия сшивки вихревого и потенциального течений, описано в монографии Сэффмэна [2000], где указано, в частности, критическое значение параметра S / I 0 3121 ( S - площадь каждого из вихрей), при котором вихри становятся неустойчивыми к бесконечно малым двумерным возмущениям. Переходя к приведенному диаметру вихря d ( 45 / л) 1 / 2, получаем критическое расстояние / 1 586с /, что несколько ниже, чем для круговых и эллиптических вихрей. [1]
Из-за взаимодействия вихря с плоскостью в ее окрестности возникают вторичные течения, подчас имеющие очень высокую интенсивность. Это происходит по следующим причинам. Вдали от плоскости согласно ( 1) dpjdr pi / r, так что градиент давления уравновешивается центробежной силой. Эти явления, называемые торцевым эффектом, играют существенную роль в процессе движения частиц в вихревой камере. Они же способствуют подсосу к основанию смерча пыли и других предметов, которые делают видимым это явление природы. [2]
При взаимодействии вихрей создается поле скоростей в жидкостях, причем траектория движения любого вихря в результате воздействия сил трения имеет сложный характер. Движение вихрей приводит к выравниванию скоростей в поперечном сечении движущегося потока и концентраций вещества в движущихся потоках, что также имеет большое значение для процессов массообмена. [3]
В результате взаимодействия вихрей может возникнуть турбулентность. [4]
Как результат взаимодействия вихрей, выражающегося в их столкновении, слиянии, распадении и рассосредоточении, может возникнуть турбулентность. Движение потока жидкости характеризуется тремя режимами: ламинарным, промежуточным и турбулентным. При ламинарном режиме движения потока ( молекулярном переносе) наблюдается только продольный перенос количества энергии и массы вещества, тогда как в турбулентном потоке существует и продольный и поперечный перенос, что приводит к дополнительному переносу вещества. При турбулентном режиме движения потока возникают пульсации скоростей. Если пульсация скорости одинакова во всех направлениях, то такая турбулентность называется изотропной. [5]
В результате взаимодействия вихрей может возникнуть турбулентность. При сближении вихрей, вращающихся в противоположных направлениях, вихри взаимно притягиваются и сливаются. При слиянии вихрей возникают струйки различных размеров, которые движутся во всевозможных направлениях, по любым криволинейным траекториям и обладают различной скоростью. Таким образом, при слиянии вихрей различных размеров с различным количеством движения, которые вращаются во взаимно противоположных направлениях, в месте их слияния возникает турбулентность. На рис. 60 представлено возникновение и развитие турбулентности. [6]
Описанная усовершенствованная модель гипотезы взаимодействия вихрей позволяет определить интересующие в расчетах исследователей предельные по энергоразделению интегральные характеристики и геометрию трубы. [7]
В общем случае при взаимодействии вихрей с различными циркуляциями и размерами критическое расстояние зависит от соотношения циркуляции и размеров вихрей. Если начальное расстояние между вихрями меньше критического, возможны два механизма образования вихрей большего размера. Первый - это спаривание вихрей, второй - захват вихря, имеющего меньшую начальную энергию, более энергичным вихрем. [8]
Гипотеза конвективного теплообмена при противо-точном взаимодействии вихрей предложена Ж - С. Ше-пером в 1951 г. Вихревой эффект объяснен наличием теплового потока от центральных слоев газа к периферийным. [9]
Как видим, задача о взаимодействии вихря с плоскостью демонстрирует необычные парадоксальные свойства, которые, правда, могут существенно измениться за счет модификаций постановки. Однако эти модификации не снимают главного вопроса о том, что же происходит с исходным течением от вихревой нити в за-критической ситуации. Этот вопрос, длительное время интриговавший исследователей, решается в гл. [10]
Известно экспериментальное исследование, доказывающее состоятельность гипотезы взаимодействия вихрей, выполненное А.И. Гуляевым, заключавшееся в подаче в приосевую область со стороны дросселя дополнительного потока газа, который затем образовывал обратный поток в вихревой трубе. Через диафрагмен-ное отверстие ТЗУ вытекал холодный поток, а через дроссель - подогретый, а при отсутствии дополнительного потока через ди-афрагменное отверстие газ не вытекал, а входящий газ вытекал через дроссель без изменения первоначальной температуры. [11]
Если принять за физическую основу эффекта гипотезу взаимодействия вихрей, можно допустить что с ростом сдвиговых скоростей возрастают степень турбулизации вынужденного приосевого вихря и число образующихся парных вихрей в результате чего эффективность энергоразделения возрастает. Однако рост гидравлической нагрузки в трубе вызывает обратное воздействие, что я 6 оказывает превалирующее влияние и темп роста эффектов охлаждения заметно снижается, а затем и совсем прекращается. [12]
В задаче Серрина, обобщающей задачу о взаимодействии вихря с плоскостью, правая часть ( 19) удовлетворяет перечисленным требованиям. Поэтому на границе существования решений ( см. рис. 11) логарифмическая особенность уступает место стоку на оси. При этом в критической ситуации циркуляция обращается в нуль всюду внутри области течения. Уравнение границы существования имеет вид l / 2 - p - Re 2А 15 2894, где Re Г ( 1), ар - параметр Серрина, связанный с логарифмической особенностью. [13]
Самой представительной и наиболее достоверной следует считать гипотезу взаимодействия вихрей, процесс энергоразделения в которой рассматривается с позиций взаимодействия двух перемещающихся в противоположных направлениях вихрей: периферийного, вращающегося по закону потенциального вихря, и при-осевого, вращающегося как квазитвердое тело. Соглашаясь с существованием этого взаимодействия, различные авторы неодинаково трактуют с физических концепций сам механизм энергопереноса. Уже Шульц-Груновым [257, 258] была высказана идея о том, что в предельном случае энергоразделения должно установиться адиабатное распределение параметров, в том числе и температуры по сечению трубы. К сожалению, автор, отмечая имеющиеся отклонения от адиабатного распределения по сечению, не конкретизировал место его расположения, что из-за конечной протяженности камеры энергоразделения вносит некоторую неопределенность. [14]
Значение охлаждения можно правильно оценить, используя гипотезу взаимодействия вихрей. С увеличением л уменьшается толщина периферийного потока. Во всех случаях это сопровождается увеличением коэффициента теплоотдачи от газа к стенке. В неохлаждаемых трубах увеличение ц сопровождается ростом температуры газа в периферийном слое по всей длине камеры разделения. Это вызвано увеличением энергии, передаваемой от приосевого потока к периферийному. Охлаждение стенок практически не вызывает изменения температуры газа в периферийном слое соплового сечения. Периферийный поток получает энергию от приосевого и отдает ее охлаждающей среде. Приосевой поток движется навстречу периферийному. [15]