Пристенная турбулентность

Cтраница 2

В литературе часто встречается несколько иная точка зрения, основанная на концепции утолщения пограничного слоя в жидкостях с пониженным сопротивлением. В этом подходе внимание сосредоточивается на структуре пристенной турбулентности, а не на скорости диссипации во всем поле течения. Для обоснования такого подхода очевидна важность экспериментов по снижению лобового сопротивления в шероховатых трубах, однако опубликованные до сих пор результаты до некоторой степени противоречивы. Корреляции, основанные на этом подходе, часто появляются в литературе и представляются обычно в терминах критического касательного напряжения на стенке ткр, ниже которого снижение сопротивления не наблюдается. [16]

Таким образом, на основании некоторых простых предположений теория дает количественные результаты, касающиеся как осредненного движения, так и упорядоченной крупномасштабной части нестационарного ( турбулентного) движения. В последующих разделах обсуждается практическое использование теории и физической модели пристенной турбулентности, предложенных в данной работе. [17]

Однако, поскольку толщина вязкого подслоя существенно меньше радиуса потока, то, согласно современным представлениям / 135, 144, 222, 261 /, в пределах вязкого подслоя распределение скоростей линеаризуется, т.е. касательное напряжение считается постоянным и равным ка - taTenbHOMy напряжению на стенке трубы. Это условие при приближенных расчетах, которые присущи полуэмпирическим теориям пристенной турбулентности, особого влияния на конечные результаты не оказывает, тем более что и в основном турбулентном потоке касательное напряжение нередко принимается постоянным. В действительности, как следует из уравнения равновесия сил, действующих на выделенный объем потока, касательное напряжение является величиной переменной и подчиняется линейному закону. [18]

В средних по толщине участках пограничного слоя температура пара ниже температуры торможения, а скорости движения и, следовательно, скорости расширения несколько более низкие, чем в ядре потока. Напомним, что максимальные локальные значения пульсаций скорости, обусловленных пристенной турбулентностью, достигаются вблизи границы вязкоп подслоя. Однако и на значительных расстояниях от стенки в пограничном слое интенсивность турбулентности значительна и, несомненно, оказывает влияние на возникновение и развитие конденсационного процесса. В таких условиях возможна конденсация в пограничном слое при минимальном переохлаждении, и не исключено, что именно здесь впервые появляются зародыши жидкой фазы, являющиеся центрами последующей конденсации. [19]

Здесь а и z - безразмерные скорость и расстояние от стенки, а / ( г) - некоторая универсальная функция одного переменного. Важный результат (6.13), указанный Прандтлем ( 1925, 19326), называется универсальным законом пристенной турбулентности. Формулы (6.13) и ( 6.13), разумеется, справедливы лишь в случае, когда стенку можно считать гладкой. [20]

Основой этой теории служит принцип максимальной устойчивости, позволяющий определить параметры пульсационного движения из некоторого класса или в простейшем случае непосредственно вычислить среднюю скорость турбулентного потока. Эта теория идейно связана с концепцией С. С. Кутате-ладзе / 125 / о консервативности некоторых основных характеристик пристенной турбулентности. [21]

Поскольку пограничный слой асимптотически не дает вклада в диссипацию энергии, этот результат показывает, что функционал ( 8) неприменим для описания пристенной турбулентности. [22]

Решение задач тепломассообмена и трения при обтекании проницаемой поверхности турбулентным пограничным слоем дано, в частности, в работах С. С. Кутателадзе и А. И. Леонтьева - см., например. Авторы исходили из того, что в неоднородном по своим характеристикам турбулентном потоке, омывающем стенку, наиболее устойчивой по отношению к внешним воздействиям является область пристенной турбулентности, располагающаяся в непосредственной окрестности твердого тела, но вне области вязкого подслоя. [23]

Общая формулировка принципа максимальной устойчивости состоит в утверждении, что в реальном турбулентном потоке малые возмущения затухают максимально быстро по сравнению с другими виртуальными потоками. Этот принцип в его общей формулировке имеет широкую сферу применения, однако конкретная реализация пока удается лишь в простейшем квазиламинарном приближении, которое пригодно в основном для пристенной турбулентности. [24]

Шульц-Грунов свидетельствует о противоположном осевом перемещении периферийно расположенных масс газа и масс газа, находящихся в приосевой области камер энергоразделения. В этом случае на границе раздела потоков, движущихся противоположно, возникает свободная турбулентность. Пристенная турбулентность во вращающихся потоках газа проявляется значительно интенсивнее, чем при прямолинейном течении, но в процессе энергоразделения ей отводится меньшая роль. Шульц-Грунов, ссылаясь на Ричардсона [249], считает, что частицы газа, расположенные на более высоких радиальных позициях, в процессе турбулентного движения могут перемещаться к оси, а приосевые перескакивать на более высокие радиальные позиции. Частицы, перемещающиеся к центру, должны произвести работу против центробежных сил, так как они плотней приосевых. Частицы, перемещающиеся к периферии, должны произвести работу против сил, вызванных градиентом давления. Физический процесс энергоразделения имеет аналог среди атмосферных явлений. [25]

Крупномасштабная турбулентность, разрушаясь, поддерживает мелкомасштабную турбулентность. Мелкомасштабная турбулентность стремится к однородной турбулентности; однако крупномасштабные вязкие струи поддерживают неоднородную турбулентность. Таким образом, пристенная турбулентность генерируется в результате волнового взаимодействия вязкой среды с турбулентной и только в результате такого взаимодействия поддерживается эта турбулентность. Если бы на время удалось приостановить приток крупных образований в турбулентную среду со стороны вязкого подслоя, то в ядре потока образовалось бы движение, аналогичное молекулярному движению разреженных газов, т.е. со скольжением относительно твердой поверхности; при этом имелось бы постоянное значение турбулентной вязкости. По-видимому, такое явление имеет место, но периодического характера. Наличие крупных образований между вязкой и турбулентной средами сглаживает это скольжение и образуется плавное изменение поля скоростей. Однако влияние вязких струй на турбулентное ядро потока с удалением от стенки уменьшается и при определенных условиях в ядре потока имеет место однородная турбулентность. [26]

По этой причине коэффициент диссипации для пристенной турбулентности значительно выше, чем для свободной. В результате существенно более слабая пристенная турбулентность диссипирует намного быстрее свободной. Именно по этой причине ее роль в процессе энергоразделения несущественна. [27]

Наличие изотропности следует ожидать в условиях, когда пульсациошше масштабы малы по сравнению с масштабами всего течения. Условия свободной турбулентности в наибольшей степени отвечают этому требованию. По-видимому, именно этим обстоятельством объясняется успех применения гипотезы Буссинеска в теории свободной турбулентности, в отличие от пристенной турбулентности, которая существенно пе-изотроппа. [28]

Взаимное расположение кривых генерации Г и диссипации D. [29]

Газ, поступающий в камеру энергоразделения в виде интенсивно закрученного потока, имеет тенденцию к распределению скорости по закону постоянной циркуляции, так как он подается без приложения момента по существу через узкую щель на внешнем радиусе трубы. Этот свободный вихрь приводит во вращение внутренний приосевой объем газа, вращающийся по закону, близкому к закону вращения твердого тела, так как к нему приложен вращающий момент со стороны свободного вихря. Приложение момента возможно лишь под действием сил турбулентного трения, возникающих на границе вихрей. Силы турбулентного трения и радиальный градиент скорости служат причиной генерации свободной турбулентности. В месте сопряжения свободного вихря со стенкой трубы и на торцевых поверхностях генерируется пристенная турбулентность, играющая второстепенную роль по сравнению со свободной. [30]

Страницы: 1 2