Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (2003) (1123865), страница 145
Текст из файла (страница 145)
') Теория турбулентных движений подробно и с большой глубиной изложена в фундаментальной монографии: М он и н А. С., Я г л о м А. М. Статистическая гидроме. ханака. Механика турбулентности. Ч. 1.— Мл Наука, 1965; Ч. 2.— Мл Наука, 1967.
Большой интерес сохраняет уже сравнительно давно появившийся обзор: Р )П 1- 1!рз О. М. 5Ьеагд!отч 1цгЬн!епсе.— Сарйогп!а: Апп. Цеч)е!ч о! Пцы пзесЬап)сз, 1969, ч. 1, р, 245 — 264. Наиболее доступна по простоте изложения монография Вга даЬа те Р., СеЬес! Т., ЦгЬг)е!атч Л. Епя)пеег)пк са1сц!апоп шешодз 1ог 1пгЬц1еп1 Пож,— 1опдоп! Асад.
Ргезз, 1981, Из переводных, достаточно обстоятельных обзороа отметим следуюшие: Турбумнтиость, принципы и применения/Под ред. У. Фроста и Т. Моулдена.— Мл АЬгр, 1980; Турбулентность/ Под ред. П. Б р ад шоу.— Мл Машиностроение, 1980. отиетим также краткий, но содержательный обзор: Белов И А. Модели турбулентасстн.
— Лл Изд. Ленинградского механического института, 1986. ') Г и не в с к и й А. С., В л а с он Е. В. Когерентные структуры в турбулентных струйных течениях.— В кнл Модели механики сплошной среды.— Новосибирск: Сиб. шд.нне АН СССР, Институт теор, и прикл. мех., 1983, с. 91 — 117. ') Особенности вихревых структур турбулентных потоков изложены в монографии: А1Ьг! п Е %. Е!ешеп!агчогкапее Поыег тУ)ТЬе1Ьевгейнпкеп.— Вегцп: Асад. Уег- 1ак 1981. 5.
305. 616 ГЛ. ХН1. ТУРБУЛЕНТНЫЕ ДВИЖЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ К числу основных процессов, вызывающих образование, развитие и исчезновение вихрей, относятся конвекция !адвекция), генерация (порождение), диффузия и в последней стадии вырождения диссипация (переход в тепло), о которых уже ранее упоминалось. В процессе турбулентной диффузии происходит распад крупных вихрей на более мелкие, в которых еще инерционные явления преобла. дают над вязкими. Такие находящиеся, как говорят, в «инерционном интервале масштабов» вихри участвуют в конвекции и турбулентной диффузии, но в пренебрежимо малой степени подвержены действию вязкости.
Общий процесс дальнейшей деградации вихрей приводит их в конечном счете к мелким вихрям с малым масштабом, на которые уже действует вязкая диффузия и последующая вязкая днссипация кинетической энергии в тепло. Такая «каскадная» схема '), конечно, несколько грубо передает действительные процессы, происходящие в турбулентных потоках, ио правильно описывает общие тенденции. Вихри ма. лого масштаба, быстро угасая, не способны сколько-нибудь долго хранить и переносить вниз по потоку информацию о возмущениях, воз. никшнх в выше расположенных областях потока.
Эту роль выполняют вихри большого и частично инерционного масштабов, благодаря наличию которых возможно появление «эффекта памяти» в турбулентных движениях. Кинетическая энергия крупных вихрей имеет порядок удельной энергии местного осредненного движения, затем она уменьшается с уменьшением масштаба и становится пренебрежимо малой у мелких вихрей. Количественное определение «масштаба турбулентности» тесно связано со статистической связанностью пульсаций скоростей в после.
дуемой области возмущенного потока. Мерой этой связи служит коэффициент корреляции между пульсациями скоростей в точках жидкого объема, несущими в себе следы того первоначального вихревого возмущения, которое постепенно переносится от объемов одного масштаба к другим, более мелким масштабам. Определив пространственное рас. пределение коэффициента корреляции, мы тем самым сможем оценить пространственную структуру турбулентных возмущений и найти на каждом этапе разрушения вихря его масштаб.
Современная измерительная техника указывает разнообразные пути изучения внутренней структуры турбулентных течений. Сюда входит прежде всего непосредственная фотокиносъемка сделанных видимыми при помощи твердых примесей или газовых пузырьков водяных пото. ков'), позволяющая получить картину линий тока, измерить среднюю интенсивность пульсаций скорости и другие статистические характери. стики, в том числе коэффициент корреляции и масштаб.
В воздушных потоках с успехом используется метод тепловой анемометрии, основанный на эффекте охлаждения потоком тонкой корот. ') Истоки ее восходят и Л. Р ич ар дс о ну (й1с Ь а г ба оп Ц Р. %еа!Ьег ргеб!с!!оп Ьу пшпег!са! ргосезз,— СатЬг. !)п!у. Ргезз, 1922) и послужили основой известных работ А. Н, Колмогорова, в которых эта общая схема была применена к установлению конкретных количественных закономерностей в потоках с больщимн рейнольдсовыми числами (сам Ричардсон никаких количественных выводов из предло. женной им схемы не сделал, хотя в последующей работе 1926 г.
интуитивно исполь. зовал эту схему; см. исторический очерк во введении к ч. 1 монографии; М о н и н А. С., Я г л о м А. М. Статистическая гидромеханика.— Мз Наука, 1965). ') Минский Е. М. О пульсации скоростей в открытом потоке.— Техн. замет. ки ЦАГИ, 1936, № 105; М и н с к и й Е. М, Ф и д и а н Б. А. Об экспериментальном определении некоторых статистических характеристик турбулентных потоков. — Изв, Энергетич.
нн.та им. Г. М. Кржижановского, т. 9; Ф ид ма н Б. А. Применение высокоскоростной киносъемки к исследованию поля скоростей турбулентного потока. — Изв, АН СССР, серия географ. и геофиз., 1946, т. 12, № 2. а также другие работы того же автора (Изв. АН СССР, ОТН, 1953, № ! 1 и др.). й 12Г. О ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ 617 кой платиновой нити, разогреваемой электрическим током. В равновесном состоянии по электрическому сопротивлению нити можно судить 05 осредненной скорости потока. По отклонениям от равновесия в компенсационной схеме (колебания шлейфа осциллографа, помещенного в нулевую ветвь моста) можно судить об интенсивности пульсаций скорости в потоке и записать эти пульсации в некотором масштабе ').
Используя разнообразные оптические, электрические, тепловые, злектродинамические, а в настоящее время и лазерные») приборы, кожно непосредственно регистрировать средние квадратичные значелцч пульсаций скорости, средние значения их произведений в одной и той же или двух различных точках потока.
Это дает величину интенсивности турбулентности, напряжение турбулентного трения и коэффициент корреляции между пульсациями скорости в двух точках потока. Как далее будет показано, отсюда нетрудно найти и средний масштаб турбулентности. За деталями эксперимента отсылаем к специальным руководствам ') . Примем В дальнейшем обозначение заглавными буквами 17, )г, ЧУ проекций осредненной скорости и соответствующими строчными букваие и, о, иг проекций пульсационной составляющей скорости.
Сохраняя принятый знак осреднения во времени в виде черты сверху, составим три юсновиые осредненные характеристики пульсационных скоростей— ') Первые экспериментальные ясследоваяяя а этом направлении бмля проз«даны голлаядсьнм фязпком И. Бюргерсом я под его руководством Вал дар Хегге Цяйяеном а 1924 г. э Дельфге !см Впгкегэ Л М. ТЬе шопоп о! а Ппы!и 1Ье Ьозпбагу 1ауег а1опи зшпо)Ь зпг)асс.— Ргос.
о1!Ье 1-з1 !п1егп. Сопйг, о1 Арр). Месь— Иэйапб: Ре!!1, 1924, р. 116 — 120, а также ряд статей указанных авторов а Известиях Голлаядской академяя наук), ') Лазерные методы измерения локальных скоростей изложены а обзоре: Р я я кезячюс Б. С. Допплеровскяй метод измерения локальных скоростей с помощью лаэерьаг-Успехя фязяч. наук, 1973, т. !11, вып. 2, с. 305 — ЗЗО. Эксперямеятлльяая метоааха лазерных измерений а струях с твердыми примесями разработана н внедрена в инженерную практику группой таллинских ученых: М.
К. Л а а г с о м, Ф, А. Фр я шианом, А. 3 Розеяштейяом н др. Под редакцией М. К. Лаатса выпущен сбор. аах материалов !!1 Всесоюзного совещания по тепретяческям я прикладным аспектам турбулентных течений «Турбулентные двухфазные течения», Таллин, 1979. См. также другяе сбпряякя института термофязякя и злектрофязякя АН ЭстССР под тем же назэзяяем, а также работы М, К. Лаатса, огяосящяеся к периоду 1979 — !982 гг. ') П о в х И. Л. Аэродяяамяческнй эксперимент а машяносгрпеяяя.— Л: Машиностроение, 1974, гл. Х вЂ” ХП; Л ой ц я и ск я й Л.
Г. Аэродянампха пограяячяого слоя.— Л; Мз Госгехиздат, 1941, с. 382 — 402. Среди работ по гермоаяемомегряя выделяется недавно вышедшая мпяографяя: Я р я я Л. П., Ге ни я н А. Л., К у хе с В. И. Термо. аяемомегряя газовых потоков.— Лл Машиностроение, 1983. См. также статья: Захаров Ю. Г., Ми я с я я й Е. М. Йсследоваяяе турбулентности с помощью гермоаяеяамегра.— Техн.
заметки ЦАГИ, № 172, 1938; 3 ах а ров Ю. Г., Мян с я и й Е. М., филипп оп М. С. К методике измерения турбулентности термоанемомегрпм.— Труды ЦАГИ, 1939, № 402. Аяаляз погрешностей пря измерениях гермоаяемометром можно аайтя э работе: 3 а х а р о а Ю. Г. Измереяяе средних я пульсацяояных скоростей воз. душного потока пря помощи термоаяемомегра.— Труды ЦАГИ, 1946, № 599. Некоторма полезные схемы описаны а работах: Смирнов Г.
В. Термоаяемомегр с подогревом нити переменным током.— Труды ЛПИ, № 217.— Лл !961, с. 168 — 175; Нехогорые элехгрорадяотехяячесяяе методы измерения аэродинамических величин.— Труды ЛПИ, № 280.— Лл 1967, с. !07 — 1!6. Зарубежная литература по гермоаяемояагряя также весьма обширна; отметим некоторые работы: Ргубеп Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
