Cтраница 2
Предположение о двумерном возмущении, форма которого задается уравнениями (11.2.26) и (11.2.27), накладывает жесткое ограничение на допустимые механизмы неустойчивости. В рассматриваемых течениях, очевидно, возможна в какой-то степени тепловая неустойчивость вследствие неблагоприятной стратификации жидкости. Из-за отсутствия какой-либо зависимости формы возмущения от поперечной координаты z исключаются некоторые моды неустойчивости, возникающие в результате этой неблагоприятной стратификации жидкости. Действительно, некоторые экспериментальные данные показывают, что на ранних стадиях процесса неустойчивости естественной конвекции около наклонной поверхности важную роль играют поперечные эффекты и продольные вихри. [16]
Предположение о двумерном возмущении, форма которого-задается уравнениями (11.2.26) и (11.2.27), накладывает жесткое ограничение на допустимые механизмы неустойчивости. В рассматриваемых течениях, очевидно, возможна в какой-то-степени тепловая неустойчивость ( вследствие неблагоприятной стратификации жидкости. Из-за отсутствия какой-либо зависимости формы возмущения от поперечной координаты г исключаются некоторые моды неустойчивости, возникающие в результате этой неблагоприятной стратификации жидкости. Действительно, некоторые экспериментальные данные показывают, что на ранних стадиях процесса неустойчивости естественной конвекции около наклонной поверхности важную роль играют поперечные эффекты и продольные вихри. [17]
Предположение о двумерном возмущении, форма которого задается уравнениями (11.2.26) и (11.2.27), накладывает жесткое ограничение на допустимые механизмы неустойчивости. В рассматриваемых течениях, очевидно, возможна в какой-то степени тепловая неустойчивость вследствие неблагоприятной стратификации жидкости. Из-за отсутствия какой-либо зависимости формы возмущения от поперечной координаты z исключаются некоторые моды неустойчивости, возникающие в результате этой неблагоприятной стратификации жидкости. Действительно, некоторые экспериментальные данные показывают, что на ранних стадиях процесса неустойчивости естественной конвекции около наклонной поверхности важную роль играют поперечные эффекты и продольные вихри. [18]
Учет таких сопутствующих факторов, как наличие пленок поверхностно-активных веществ, взвешенных частиц и подогрева, показал [27], что поверхностно-активные вещества повышают порог возбуждения поверхностных волн, а тем самым и порог разрушения капель жидкости. Присутствие в диспергируемой среде взвешенных частиц может приводить к противоположным результатам. Так, мелкие частицы облегчают эмульгирование, а крупные частицы затрудняют его. Стратификация жидкости, обусловленная подогревом слоя жидкости, в зависимости от направления градиента температуры затрудняет или же облегчает эмульгирование жидкости. Термокапиллярньгй эффект приводит к аналогичным результатам. [19]
Если вертикальная структура конвективного течения не слишком сложна ( что имеет место в тех случаях, когда свойства жидкости мало меняются в пространстве, а число Рэлея не слишком высоко), то планформа ( форма в плане) и горизонтальные масштабы течения являются основными характеристиками пространственной организации течения. Даже такой простейший случай допускает множество возможностей. Если же вертикальная структура конвекции сложнее, она добавляется к этим характеристикам и становится важным предметом обсуждения. Основной объем книги посвящен первому классу ситуаций, и лишь глава 7 посвящена рассмотрению эффектор усложненной стратификации жидкости, которая ведет ко второму классу ситуаций. Важным явлением такого рода является расщепление масштабов, или сосуществование вихревых структур различного размера. Возможно, это имеет прямое отношение к структуре течений в конвективной зоне и фотосфере Солнца. [20]
Опубликовано много экспериментальных исследований сво-бодноконвективного теплообмена на вертикальных нагретых поверхностях при условии постоянной температуры поверхности или при условии постоянной плотности теплового потока на поверхности. При воспроизведении идеализированных условий, предполагаемых в теории, возникают различные трудности. В идеальном случае движение жидкости должно быть вызвано только действием нагретой поверхности. Но в действительности на экспериментальные данные могут повлиять вибрация поверхности, возмущения течения в окружающей среде, циркуляция и стратификация жидкости, связанные с конечным объемом окружающей среды. Другой важный вопрос состоит в том, насколько точно выполняется в экспериментах граничное условие на поверхности. [21]
Эти результаты представляют большой интерес, поскольку подобные возмущения индуцируют ниже по потоку ( при больших х) возмущения более сложной формы, которые и разрушают ламинарное течение. Результаты, приведенные на рис. 11.1.3, показывают, что течение около вертикальной поверхности неизбежна становится неустойчивым, В то же время в свободных пограничных слоях ( 4 и 5) ив пограничном слое над горизонтальной поверхностью ( 5), где выталкивающая сила направлена перпендикулярно вектору скорости, течение устойчиво по отношению к любым возмущениям малой амплитуды. Однако экспериментально установлено, что течения 3 - 5 менее устойчивы, чем течения 1 и 2, поскольку довольно быстро ( при малых значениях х) начинают доминировать другие механизмы неустойчивости. Возмущения в свободных пограничных слоях ( 4, 5) растут очень быстро главным образом из-за того, что отсутствует демпфирование со стороны поверхности. Что касается течения около горизонтальной поверхности ( 3), то его неустойчивость, по-видимому, объясняется дополнительным воздействием, связанным с механизмом тепловой неустойчивости из-за неблагоприятной стратификации жидкости. [22]
Эти результаты представляют большой интерес, поскольку подобные возмущения индуцируют ниже по потоку ( при больших х) возмущения более сложной формы, которые и разрушают ламинарное течение. Результаты, приведенные на рис. 11.1.3, показывают, что течение около вертикальной поверхности неизбежно становится неустойчивым. В то же время в свободных пограничных слоях ( 4 и 5) и в пограничном слое над горизонтальной поверхностью ( 5), где выталкивающая сила направлена перпендикулярно вектору скорости, течение устойчиво по отношению к любым возмущениям малой амплитуды. Однако экспериментально установлено, что течения 3 - 5 менее устойчивы, чем течения 1 и 2, поскольку довольно быстро ( при малых значениях х) начинают доминировать другие механизмы неустойчивости. Возмущения в свободных пограничных слоях ( 4, 5) растут очень быстро главным образом из-за того, что отсутствует демпфирование со стороны поверхности. Что касается течения около горизонтальной поверхности ( 3), то его неустойчивость, по-видимому, объясняется дополнительным воздействием, связанным с механизмом тепловой неустойчивости из-за неблагоприятной стратификации жидкости. [23]
Другое ограничение методов автомодельности состоит в том, что они не позволяют правильно рассчитать параметры переноса в областях, расположенных далеко вниз по потоку, где течение становится переходным и, наконец, турбулентным. В типичных случаях экспериментальные данные для ламинарного течения хорошо согласуются с расчетами при 105 Ra 109, где Ra Or Pr - местное число Рэлея. Опубликовано много экспериментальных исследований сво-бодноконвективного теплообмена на вертикальных нагретых поверхностях при условии постоянной температуры поверхности или при условии постоянной плотности теплового потока на поверхности. При воспроизведении идеализированных условий, предполагаемых в теории, возникают различные трудности. В идеальном случае движение жидкости должно быть вызвано только действием нагретой поверхности. Но в действительности на экспериментальные данные могут повлиять вибрация поверхности, возмущения течения в окружающей среде, циркуляция и стратификация жидкости, связанные с конечным объемом окружающей среды. Другой важный вопрос состоит в том, насколько точно выполняется в экспериментах граничное условие на поверхности. [24]