Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (2003) (1123865), страница 137
Текст из файла (страница 137)
Распределение вдоль спиралей турбулентных «пробок» подчиняется качественно тем же закономерностям, что и в случае смешанного ламинарно-турбулентного движения по цилиндрической трубе. Коэффициент перемежаемости т на среднем радиусе принимает значения от 0,3 до 0,7. Изменяя угловые скорости вращения внутреннего и внешнего цилведра, можно отчетливо наблюдать процессы возникновения и разрушения различных режимов движений вязкой жидкости между вращаюшемися цилиндрами, от периодических тейлоровских до двоякопериодических спиральных структур.
Большой интерес заслуживает факт связи характеристик турбулентности в пробках с тейлоровскими вторичными течениями, которые, таким образом, служат конечными возмущениями, способствующими переходу от ламинарного движения к турбулентному'). Переходные явления в ламинарно-турбулентных потоках привлекают в настоящее время особое внимание теоретиков и экспериментаторов.
В добавление к изложенному в начале параграфа следует упомянуть о достигнутых в настоящее время успехах в углубленном понимании процессов перехода ламинарных движений в турбулентные, трактуемых с точки зрения нелинейной механики. Широкое применение получил волновой подход к изучению возмущений, развивающихся в потерявшем устойчивость ламинарном потоке. Теоретические исследования относятся главным образом к классическому так называемому куэттовсколгу круговому движению между двумя коаксиальными цилиндрами (преимущественно с неподвижным внешним и вращающимся внутренним). Изучается последовательность преобразований движения потока от 1) См, предыдущую сноску.
') Рекомендуем интересующимся ознакомиться со статьей: С о 1е з 1). Тгапзщоп!и е)кшаг Сопене Понг.— зопгп, Р)п)д Месп, 1965, ч. 21, р. 385 — 482, в которой вопрос о переходных явлениях в кузттовском круговом движении разобран с большимн подробностями и где приведены многочисленные фотографии визуализированных потоков. 590 ГЛ.
ХП1. ТУРБУЛЕНТНЫЕ ДВИЖЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОН ВЯЗКОИ ЖИДКОСТИ чисто азнмутального к поперечному волновому, вихревому двнженню,его модуляций и, наконец, переход к непериодическому, хаотическому, т. е, собственно турбулентному движению. Анализируются также свободные конвективные движения (вихри Р э л е я — Б е н а р а), струйные течения и др. Наиболее характерным для современных исследований явлений в переходной области н последующем развитом турбулентном двнженнв стало обращение к представлениям о дискретных вихреобразованнях сложной структуры, возникновение н взаимодействие которых изучают как экспериментально, так н численными методами.
В основе общей теории переходных явлений лежат представления о нелинейных колебаниях, причем для их изучения с успехом применяется метод фазовых характеристик, заключающийся в сопоставлении колебательного режима с движением «изображающей точки» и значнтельно способствующий пониманию процесса. Теоретическому н экспе. риментальному изуЧению подвергается характерное для переходных явлений изменение спектров частот пульсаций, сопровождающее явление перехода.
На пути перехода от упорядоченного ламинарного движения к хаотическому турбулентному наблюдается рост частот колебаний От очень редких, дискретных на начальных стадиях перехода до непрерывного спектра прн установившемся развитом процессе турбулентного движения. Это явление в настоящее время подверглось подробному численному анализу') н подтверждено многочисленными опытами'). Несмотря на эти успехи, вопрос о переходе ламинарных режимов тече. ннй в турбулентные представляет проблему, еще далекую от разрешения. Известный специалист в этой области Р. Бетчов замечает, что, в отличие от собственно ламинарного н турбулентного течений, допускающих известные «первые приближения», никем до настоящего вре.
меня не было предложено плодотворное «первое приближение» для режима перехода. Большое значение в связи с этим придается результатам эксперимента (см. $119) '). $119. Переходные явления в пограничном слое. Кризис сопротнвлення тел плохо обтекаемой формы Сходство явлений перехода ламинарных движений в турбулентные в круглой цилиндрической трубе и в куэттовском круговом движения распространяется и на движение вязкой жидкости в пограничных слоях на поверхности твердых тел, в струях и следах за телами.
Если уело. виться прн сравнительно грубом подходе количественно сопоставлять скорость на внешней границе пограничного слоя со скоростью на осв трубы, а толщину пограничного слоя с радиусом трубы, то следует вве. стн в рассмотрение рейнольдсово число пограничного слоя ()8 йез = —, характеризующее поток в данном сечении слоя.
') Ыопппеаг дупащ!сз/Ед. Ьу Н е1!ещ а п Я.— Аппаы о( Гпе Ые~ч Уогй Асад, о1 Вс1, 1980, ч. 357, ТпгЬп!енсе, р. 1 — 55. ') 1()ТАМ аущрозппп оп 1цгЬп1епсе апд сЬаоцс рьепощепа !п Вщдз (Куо(о, 5 †зер1. 1983). з) Механизм перехода ламннарного пограничного слон в турбулентный еще недо. статочно изучен. Связь его с наличием локальных нестационарных отрывов в вязком подслое, являющихся следствием пульсаций давления, легла в основу полузмпнрвче. ского метода определения точки перехода, предложенного А.
А. Доро дни цы ным н Л. Г. Л ой ц а н с к н м в статье «К теории перехода ламннарного слон в турбулентный» (Прнкл. мат. н мех., 1945, т. 9, вып. 4). Современное изложение вопроса о переходе ламннарного нограннчного слон в турбулентный см. в обзоре: Гапонов С. А, Левченко В. Я. Современные проблемы перехода пограничного слоя.— Успехи механики, нзд.
ВИНИТИ, 1981, № 4. $ нз. пеРехОдные яВления в погекничном слое Многочисленные опыты по определению критического числа Рез„з ып пограничного слоя на пластине привели к значениям, близким к прптпческому числу трубы. Тот же порядок Ре9. был найден и при 96теканин круглого цилиндра, шара и крыловых профилей. При этом было обнаружено, что относительное расположение критического сеченпп пограничного слоя, в котором лаыинарный слой переходит в турбузептпый, существенно зависит от степени возмущеиности набегающего нз тело внешнего потока. При изменении этого фактора изменяется н критическое число Рейнольдса пограничного слоя.
В отличие от переходных явлений, рассмотренных в предыдущем параграфе, в пограничном слое наличие того или другого режима движения обусловлено развитием течения вдоль пограничного слоя. Так, начальный участок слоя обычно бывает ламинарным, за ним располагаются переходная область, где одновременно сосуществуют турбулентные юпы потока с ламинарными, и, наконец, область развитого турбуяентнгго патака, состоящая из турбулентного ядра и тонкого вязкого аодсюя, граничащего с твердой стенкой. При малой интенсивности возмущений во внешнем потоке в опытах нзк с пластинками, так и с крыльями, удавалось затянуть переход на Ыпьшие значения Ре.„„ чем в случае сильно возмущенных потоков.
1зп, например, в пограйичном слое на пластине, помещенной в мало- турбулентную аэродинамическую трубу, наблюдалось ламинарное движение вплоть до критического сечения пограничного слоя, где Ре,„,= =6290, а на полированных металлических крыльях самолета в полете 699„, доводилось до величины 9300. Это показывает, что относительный рззмер ламинарного участка пограничного слоя на крыле, особенно в спокойном набегающем потоке, зависит от шероховатости поверхности зрыла вблизи передней его кромки или наличия производственных недогтатков обработки поверхности в этой области крыла.
Такое отличие пппжепня жидкости в пограничном слое от движения в трубе может 6ыть объяснено тем, что вблизи носика крыла пограничный слой еще рчепь тонок, бугорки шероховатости проникают сквозь пограничный сдой и становятся источниками возмущений во внешнем потоке, которые будут проходить внутрь пограничного слоя через внешнюю его границу. Вместо Реь заключающего в себе неточную величину 6, можно рассматривать числа 06' .. 06" Ре' = —, Ре" = —, М У сьстазленные по более точно определяемым величинам: толщине вытеспеппя и толщине потери импульса. Соответствующие критические их значения могут быть найдены непосредственно по замерам скоростей в сзчепиях слоя или пересчетом. В настоящее время широко используется чпсло Ре*".
Значениейе,р по опытам на различных крыльях в различных аэродинамических трубах колеблется от 600 в сильно турбулентных трубах до 1300 в мало турбулентных (по некоторым данным, относяыпмсп к трубам с очень малой турбулентностью, число Ре„р достигало значения 2300). Наблюдающееся различие в значениях Ре" для разных крыльев пмеет еще одну причину. Подобно тому как это имеет место в трубе М переменного сечения, критическое значение Ре, в пограничном слое зззпсит еще от того, попадет лн критическое сечение в конфузорную плп диффузорную части пограничного слоя.
В области ускоренного течзпия (конфузорная часть слоя) Ре" имеет ббльшие значения, чем в 96ласти замедленного течения (диффузорная часть слоя). В случае свободного пограничного слоя, как, например, в струе или в следе вдалеке 592 Гл. х1И. туРБулентные дВижения несжимгемон вязкои жидкости ) -йсг -есч с йег аег Рис 2!3 за телом, критические значения числа Рейнольдса очень малы, и прак. тически всегда приходится иметь дело с турбулентными струями и еле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
