Турбулентность - внешнее течение
Cтраница 1
 |
Зависимость местного числа Нуссельта Nu на круглом цилиндре от азимута р и степени. [1] |
Турбулентность внешнего течения влияет на теплопередачу от обтекаемого тела к жидкости двумя существенно различными путями. Во-первых, повышенная турбулентность внешнего течения приводит к перемещению точки, в которой ламинарное течение в пограничном слое переходит в турбулентное -, ближе к переднему концу обтекаемого тела. В свою очередь турбулентный характер пограничного слоя вызывает повышенную теплопередачу. [2]
Если же степень турбулентности внешнего течения очень низка и поверхность пластины достаточно гладкая, то ламинарный пограничный слой может сохраняться даже при числах Re в несколько миллионов. Эти данные, как видно, довольно неопределенны. Они относятся к обтеканию гладких поверхностей потоками с достаточно высокой турбулентностью внешнего течения. [3]
Расстояние, на котором точка4 перехода лежит позади нейтральной точки, зависит от степени турбулентности внешнего течения и от интенсивности нарастания неустойчивых возмущений, зависящей в свою очередь от градиента давления. [5]
Положение нейтральной точки и точки перехода ламинарного течения в турбулентное определяется интенсивностью нарастания неустойчивых возмущений и степенью турбулентности внешнего течения. [7]
К этому эффекту присоединяется второй аналогичный эффект, который особенно сильно выражен в ламинарных пограничных слоях. На рис. 12.20 изображена зависимость местного числа Нуссельта на круглом цилиндре от азимута ф при различных числах Рейнольдса и при различных степенях турбулентности внешнего течения по измерениям И. [8]
Но шероховатость не влияет на переход ламинарного течения в турбулентное, если высота элементов шероховатости невелика и возмущения, вызываемые шероховатостью, лежат ниже уровня возмущений, определяемых степенью турбулентности внешнего течения. При значительной шероховатости переход ламинарного течения в турбулентное начинается непосредственно около элементов шероховатости. [9]
Экспериментально установлено, что критическое число Рейнольдса, при котором коэффициент сопротивления шара резко уменьшается ( см. рис. 1.5) 2), сильно зависит от степени турбулентности в аэродинамической трубе. Это критическое число, лежащее в пределах от ( VD / v) Kp 1 5 - 105 до 4 105, тем меньше, чем больше степень турбулентности. С физической точки зрения это вполне понятно, так как высокая степень турбулентности внешнего течения вызывает переход течения в пограничном слое из ламинарной формы в турбулентную при более низких числах Рейнольдса, вследствие чего точка отрыва перемещается вниз по течению, что в свою очередь приводит к сужению мертвой зоны за телом и к уменьшению сопротивления. [10]
В общем случае шероховатость стенки способствует переходу ламинарной формы течения в турбулентную в том смысле, что при прочих равных условиях переход на шероховатой стенке наступает при меньшем числе Рейнольдса, чем на гладкой стенке. Это легко понять на основании теории устойчивости. В самом деле, шероховатость вызывает в ламинарном течении дополнительные возмущения, которые присоединяются к возмущениям, уже имеющимся вследствие какой-то степени турбулентности внешнего течения. Естественно, что эти суммарные, в целом более сильные возмущения требуют меньшего нарастания, чтобы привести к переходу ламинарного течения в турбулентное. При очень небольшой высоте k элементов шероховатости следует ожидать, что возмущения, вызываемые шероховатостью, лежат ниже уровня возмущений, определяемых степенью турбулентности внешнего течения. В этом случае шероховатость не оказывает никакого влияния на переход ] ламинарной формы течения в турбулентную. Это предположение подтверждается опытом. [11]
Однако самым примечательным и неожиданным является следующее обстоятельство: на продольно обтекаемой плоской пластине указанный эффект отсутствует. Кестина, П. Ф. Медера и Г. Э. Ванга [ 5 б ] показали, что в области ламинарного пограничного слоя на плоской пластине степень турбулентности не оказывает никакого влияния на местное число Нуссельта. Эти результаты дают основание предполагать, что турбулентность внешнего течения влияет на местную теплопередачу только при наличии градиента давления. [12]
К этому эффекту присоединяется второй аналогичный эффект, который особенно сильно выражен в ламинарных пограничных слоях. На рис. 12.20 изображена зависимость местного числа Нуссельта на круглом цилиндре от азимута ф при различных числах Рейнольдса и при различных степенях турбулентности внешнего течения по измерениям И. Измерения, изображенные на рис. 12.20, аналогичны измерениям, показанным на рис. 12.18. Из рис. 12.20 видно, какое сильное влияние на теплопередачу оказывает турбулентность внешнего течения. [13]
Физическая причина различной формы профилей скоростей в трубе и около пластины заключается, как показал К. Вигхардт [54], в различном характере турбулентности на внешнем крае пограничного слоя около пластины и вблизи середины трубы. Если внешнее течение, обтекающее пластину, обладает слабой степенью турбулентности, то около внешнего края пограничного слоя пульсации скорости очень близки к нулю, в то время как в середине трубы они довольно велики, так как здесь сказывается влияние противоположной стенки. Более слабой турбулентности в пограничном слое на пластине соответствует более крутое нарастание скорости, а потому и меньшая толщина пограничного слоя. Вигхардту удалось показать, что при искусственном повышении степени турбулентности внешнего течения распределение скоростей в пограничном слое на пластине почти не отличается от распределения скоростей в трубе. [15]
Страницы: 1 2