Неустойчивость ламинарных течений и возникновение турбулентности

Неустойчивость ламинарных течений и возникновение турбулентности

Неустойчивость ламинарных течений и возникновение турбулентности. Переход от ламинарного течения к турбулентному кратко описан в разделе 6.6 на круглой трубе flow. It наблюдается также в потоке в каналах различной формы, в спутанности, в диффузоре, в пограничном слое, в обтекании объекта, в свободной струе. Переходные процессы каждого класса потоков имеют несколько характеристик, каждая из которых основана на потере ламинарной устойчивости. Это происходит при достижении определенного значения гидродинамического параметра. Если небольшое возмущение затухает в ламинарном потоке и не происходит изменения его общей структуры движения, то поток стабилен. Если с течением времени малые возмущения возрастают и возникает новая структура потока (например, не затухающая пульсация локальной скорости), то поток становится неустойчивым.

Еще Рейнольдс предполагает, что появление турбулентности связано с потерей устойчивости, что подтверждается результатами теоретических и экспериментальных исследований. Людмила Фирмаль

• Как известно, переход от ламинарного течения к турбулентному в круговой цилиндрической трубе определяется критическим значением Рейнольдса number. In кроме того, Kevr понимается как означающий, что некоторый класс потоков с меньшим числом Рейнольдса, чем Kevre, явно ламинарно-устойчив, то есть значение такое, что небольшое внешнее возмущение ослабевает. Таким образом, критическое число Рейнольдса определяет устойчивую границу ламинарного течения, но не предопределяет фактический переход к турбулентности, который может возникнуть в Кепе Rec. So, случайное возмущение, вносимое, например, шероховатостью стенок, не должно влиять на величину кевлета, если только последнее приводит к изменению общего состава потока.

Опыт подтвердил, что Кекр не зависит от шероховатости стенок труб. Однако общие условия устойчивости изменяются, поэтому изменение общей конфигурации потока(например, сужение, расширение или изгиб оси) оказывает существенное влияние на стабильность потока или значение Kekr. Поэтому многие исследователи экспериментируют 12 * 359 Ряса. 9.1.Увеличение возмущения на границе раздела двух слоев идеальной жидкости и формирование экстраполированной системы Было подтверждено, что кекр сходящегося (конфузорного) потока больше, чем расходящегося (диффузорного) потока, то есть первый более стабилен. Критическое число Рейнольдса также зависит от формы поперечного сечения трубы или канала. Изменение граничных условий течения может повлиять на форму профиля скорости поперечного сечения потока. Установлено, что профили скоростей с точками перегиба (например, в зоне отрыва пограничного слоя) неустойчивы и характеризуют тенденцию возникновения турбулентности.

• Поскольку число Рейнольдса пропорционально соотношению сил инерции и вязкости, необходимо найти условия для определения пределов устойчивости, учитывающие вязкостные характеристики жидкости. Предположим, что существует 2 слоя невязкой жидкости, которые движутся в одном направлении со скоростью u и u2 (рис. 9.1, а) и разделены на границе раздела WE. Предположим, что эта поверхность принимает волнообразную форму в результате случайного возмущения(рис. 9.1, б).Затем, в верхней части образующейся волны, линия потока становится толще, и скорость увеличивается уравнением непрерывности. Наоборот, с депрессией, скорость decreases. So, согласно уравнению Бернулли, P4-ri2 / 2 = = const! На гребне давление понижается (обозначено знаком минус), а в долине давление повышается(обозначено знаком плюс).

Но, по-видимому, такие движения не являются устойчивыми из-за образования давления различных размеров с обеих сторон границы раздела, так что последняя продолжает деформироваться (рис.9.1, в, Д, Е) и под действием продольных скоростей сливается в отдельные вихри. 。9.1, е). Поскольку случайные возмущения преобразуют поверхность раздела совершенно случайным образом, фактически формируется случайный набор больших и малых вихрей, а не регулярный series. In кроме того, в самой жидкости возникает действие вязкости, что усложняет ситуацию и определяет диффузию вихрей. «Рассмотренная схема не объясняет вероятности возникновения турбулентности, но указывает на условия, при которых может произойти потеря устойчивости движения жидкости.

Однако первое представление о механизме линейной неустойчивости течения можно получить, используя кинетическую схему границы раздела двух слоев идеальной жидкости. Людмила Фирмаль

• Особый интерес представляет неустойчивость ламинарного течения в пограничном слое и возникновение в нем турбулентности. Важность этой задачи часто определяется тем, что она сталкивается со смешанными пограничными слоями с участками ламинарного и турбулентного течения regions. To вычислить такой слой нужно не только как вычислить каждый слой, но и как определить размер переходной зоны, или хотя бы расположение точки перехода. Рассмотрим явление перехода пограничного слоя на плоскую пластину в общих чертах. Вблизи передней кромки пластины (см. рис. 8.19), поскольку пограничный слой является слоистым.

Смотрите также:

Учебник по гидравлике

Возможно эти страницы вам будут полезны:

1. Влияние градиента давления и отрыв пограничного слоя.
2. Начальный участок ламинарного течения в трубах.
3. Турбулентное течение между параллельными плоскостями (течение в плоской трубе).
4. Структура и уравнения пристенного турбулентного пограничного слоя.