Взаимодействие - вихрь
Cтраница 3
В 6 - й главе дано представление о вихревых методах расчета течений. Изложены механизмы взаимодействия вихрей. Продемонстрированы возможности вихревых методов при моделировании нелинейной стадии развития неустойчивости в сдвиговых течениях - в классическом слое сдвига, в разгонном вихре и в следе за пластиной. Предложена модель возникновения прецессии вихря в цилиндрической трубе. [31]
В работах [ 33 - 35, 38 рассматривается процесс энергораздсления путем взаимодействия двух перемещающихся в противоположные стороны переферийного и ириосевого вихрей. Согласно данной модели взаимодействия вихрей, радиус отверстия диафрагмы равен радиусу границы разделения вихрей. Расход охлажденного потока определяется исходными параметрами газа, площадью поперечного сечения потока, входящего в завихритель, и степенью расширения газа в вихревом течении. Основной энергоперенос осуществляется квантами гидромеханического воздействия - молями за счет турбулентности [39] на границе свободного и вынужденного вихрей [26, 40, 41], которая позволяет частицам газа из свободного вихря перемещаться к оси вынужденного вихря, а частицам: газа из последнего перемещаться к периферии свободного вихря. Газ, перемещающийся к центру, производит работу против центробежных сил, а газ, перемещающийся к периферии, выполняет работу, направленную против градиента давления. Работа, выполняемая аксиальными потоками газа, осуществляется, как было указано, за счет энергии турбулентности, которая является общей энергией вихревого струйного течения. Под действием этого энергия перераспределяется от приосевых слоев к периферийным слоям вихревого струйного течения. [32]
Несмотря на длительное изучение вихревого эффекта до сих пор отсутствует общепризнанная физико-математическая модель феномена. Наиболее обоснованной считается гипотеза взаимодействия вихрей [116], но и она не лишена некоторых неточностей и противоречий. Пока не проведено строго обоснованного прямого эксперимента, способного полностью подтвердить ее достоверность. [33]
 |
Распад вихря у дна тангенциальной камеры ( плоское дно под нижним ярусом сопел. выходная диафрагма с центральным отверстием. [34] |
Теперь очевидно, что изменение формы дна существенно повлияет на структуру течения в вихревой камере. В данном случае задача взаимодействия вихря с плоскостью представляет интерес не только с точки зрения генерации концентрированного вихря, но и в аспекте нахождения характеристик вихревой нити через измерения в донной области. Последняя проблема крайне актуальна для эксперимента, поскольку часто невозможно определить напрямую параметры вихревой нити ( особенно, винтовой) внутри камеры из-за сложности измерений. Этот вопрос будет рассмотрен ниже. [35]
 |
Визуализация ( я и схема ( б течения с генерацией прямолинейного концентрированного вихря. da 70 мм. г, 560 мм, Re 104, 5 2 9. Светлая линия на фото - воздушная нить. [36] |
Из фотографии следует, что частицы движутся по спиральным траекториям к центру. Такое их поведение связано с формированием торцевого пограничного слоя при взаимодействии вихря с плоскостью, чем и объясняется локализация завихренности в центральной части торцевой стенки. [37]
 |
Зависимость температурной эффективности работы вихревой трубы от угла наклона сопла ( dlp 18 мм. d 0 5. Тс 0 071 при различной степени расширения ж. [38] |
При этом входные кромки тщательно обрабатывают, обеспечивая плавный вход, а носик сопла закругляют с радиусом 0 1 мм. Предположение о том, что форма острой кромки должна сократить интенсивность возмущений на границе между втекающим потоком и остальной массой газа, находящейся в камере энергоразделения [40, 116], противоречит теоретическим взглядам самого автора сопла А.П. Меркулова и других приверженцев гипотезы взаимодействия вихрей. Ее вибрация может служить причиной возникновения начальной турбулентности, приводящей впоследствии к ее генерации во всем объеме камеры энергоразделения. На рис. 2.19 показаны сравнительные характеристики вихревых труб, использующих различные сопловые вводы. Нетрудно заметить, что прямоугольное спиральное сопло А.П. Меркулова дает заметный выигрыш при прочих равных условиях по сравнению с другими типами закручивающих устройств. [39]
Так, при ге 420 мм формируется только половина витка, а при ze 560 мм - полный виток. Вообще говоря, форма оси вихря не является идеальным винтом. Обратим внимание на взаимодействие вихря с плоским дном камеры. Очевидно, ось должна быть перпендикулярна плоскости дна, но для соблюдения идеальной формы плоскость должна быть наклонена под определенным углом к горизонту. Поэтому вблизи дна происходит искажение винтовой формы. Пространственно сходственные точки обозначены одинаковыми цифрами. Очевидно, в вертикальной плоскости проекцией винта является синусоида, а в горизонтальной - окружность. Но в окрестности дна ( точки 1 - 5) происходит искажение винта, которое заключается в изменении амплитуды и даже направления завивки. Поэтому эту область мы пока исключим из внимания. [40]
С возрастанием волн их вершины, выступающие за границы потока, тормозятся окружающим воздухом, а находящиеся в пределах потока основания волн увлекаются вниз по течению. В результате случайно возникшие на поверхности раздела небольшие волны неизбежно увеличиваются в размерах, затем деформируются и скручиваются в вихревые кольца, которые способствуют перемешиванию воздуха струи с окружающим воздухом помещения. Процессу перемешивания в значительной степени способствует взаимодействие вихрей между собой. [41]
Одной из основных геометрических характеристик вихревой трубы является радиус разделения вихрей гт Физико-математическая модель, построенная на гипотезе взаимодействия вихрей, позволяет рассчитывать величину 72 на режимах, когда истечение из отверстия сопла-завихрителя соответствует критическому. Это весьма жесткое допущение, так как оно исключает возможность формирования свободного квазипотенциального закрученного потока в узкой кольцевой зоне, прилегающей к внутренней цилиндрической поверхности камеры энергоразделения. Практически это означает полное отсутствие возможности взаимодействия вихрей, так как будет существовать лишь один приосевой вынужденный вихрь, вращающийся как квазитвердое тело. [42]
Этот факт имеет достаточно прозрачное физическое объяснение. Это равносильно увеличению гидравлического сопротивления у квазипотенциального вихря, сопровождающегося ростом степени его раскрутки, увеличением осевого градиента давления, вызывающего рост скорости приосевых масс газа и увеличение расхода охлажденного потока. Наибольшее значение осевая составляющая скорости имеет в сечениях, примыкающих к диафрагме, что соответствует опытным данным [116, 184, 269] и положениям усовершенствованной модели гипотезы взаимодействия вихрей. На критических режимах работы вихревой трубы при сравнительно больших относительных долях охлажденного потока 0 6 ц 0 8 течение в узком сечении канала отвода охлажденных в трубе масс имеет критическое значение. Осевая составляющая вектора полной скорости ( см. рис. 3.2 а), хотя и меньше окружной, но все же соизмерима с ней, поэтому пренебрегать ею, как это принималось в физических гипотезах на ранних этапах развития теоретического объяснения эффекта Ранка, недопустимо. Сопоставление профилей осевой составляющей скорости в различных сечениях камеры энергоразделения ( см. рис. 3.2 6) показывает, что их уровень для классической разделительной противоточной вихревой трубы несколько выше для приосевых масс газа. Максимальное превышение по модулю осевой составляющей скорости составляет примерно четырехкратную величину. [43]
В результате развития первичной неустойчивости в течении формируется ансамбль динамических элементов - вихрей, связанных друг с другом за счет возмущений, распространяющихся вниз по потоку. Индивидуальная динамика этих вихрей может быть весьма разнообразной. В частности, на вихрях могут возникать периодические или квазипериодические колебания. Из-за взаимодействия вихрей друг с другом эти колебания будут усложняться, пока на одном из них они не станут хаотическими, - рождается странный аттрактор. При некоторых упрощающих предположениях удается показать, что развитие хаоса вдоль потока осуществляется путем конечного числа пространственных бифуркаций ( перестроек течения), разворачивающихся не при изменении параметра, а в пространстве - вдоль цепочки структур. [44]
Здесь необходимо отметить различие между процессами диссипации энергии вследствие турбулентной вязкости и диссипацией под действием молекулярной вязкости, описанной в § 2.2. Прежде всего при дифференциальном вращении среды турбулентность не вызывается непосредственным действием источника на всю систему. В каждом из достаточно тонких слоев газа турбулентность создается действием соседнего слоя, т.е. каждый слой представляет собой систему с собственным источником турбулентной энергии. Аналогичная ситуация имеет место и для аккреционного диска, где, как следует из соотношения (30.2), энергия от внешнего источника ( потенциальная) превращается в энергию турбулентных движений. При взаимодействии вихрей больших масштабов, обусловливающем турбулентную вязкость, происходит передача их энергии в меньшие масштабы, где она в конечном счете превращается в тепловую энергию. Однако происходящее в малых вихрях не сказывается на величине турбулентной вязкости. [45]
Страницы: 1 2 3 4