Л.Г. Лойцянский - Механика жидкости и газа (2003) (1123865), страница 147
Текст из файла (страница 147)
Рис. 229, а описывает «пристеночную» область; на оси абсцисс отложена так называемая «универсальная> координата (безразмерное расстояние от стенки) Т1=уи./У. В вязком подслое (т!<11,5) интенсивность продольных пульсаций резко возрастает с удалением от стенки, достигая максимума примерно в центре переходной области от вязкого подслоя ') Конт-Белл о Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенкаии.— Мл Мнр, !968 622 ГЛ.
Хп! ТУРБУЛЕНТНЫЕ ДВИЖЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ к логарифмической зоне. Затем интенсивность плавно убывает до своего значения на оси трубы, как это показано на рис. 229, б, отличающемся от рис. 229, а масштабом абсцисс. Приведенные графики относятся к потоку с числом Рейнольдса йе= У„хз/у=120000. Как показывают гра. фики, приведенные в цитированной книге, интенсивности продольных н поперечных пульсаций, отнесенные к динамической скорости, слабо зависят от рейнольдсова числа потока. Опуская графики спектров частот и коэффициентов корреляций— они имеются в большом количестве в цитированной книге Ж. Конт-Велла,— покажем лишь один общий график (рис. 230) (экспериментальные точки опущены; их разброс сравнительно с другими графиками значителен) распределений продольного Е. и двух поперечных Л„и Е, масштабов турбулентности по сечению трубы х/т)=118 при рейнольдсовом числе 7,2з йе=120000.
Продольный масштаб !., значительно превосходит по величине оба поперечных. у,сн го в 4г 4/ 47 73 7е 4ат 4ее ааз ага У72! Рис. 230 Рис. 23! Для масштабов Е, и (.„характерно наличие максимумов примерно на 30% полурасстояния между стенками трубы ту, считая от стенки трубы. Исследования турбулентности в области пограничного слоя также многочисленны. Изучены как распределения интенсивностей, так и корреляции масштабов и частотных спектров.
Отсылая читателя к имеющемуся на русском языке обзору Х. Драйдена'), где собраны систематические материалы по структуре турбулентного пограничного слоя при наличии продольного отрицательного и положительного перепадов давления, приведем в качестве примера диаграмму распределения местной интенсивности турбулентности К иа7У в диффузорной области пограничного слоя (рис. 231). Кривые представляют собой геометрические места точек одинаковой интенсивности турбулентности, показанной справа в процентах.
Возрастание интенсивности турбулентности в данном поперечном сечении слоя при приближении к стенке объясняется влиянием двух факторов: увеличением при приближении к стенке абсолютной среднеквадратичной пульсации скорости и', подобным показанному на рис. 229, а, и одновременным уменьшением скорости осредненного движения У.
Распределение местной интенсивности турбулентности вдоль пограничного слоя при данном значении ординаты (у=сопз1) показывает сильный рост интенсивности в диффузорной части слоя (х>б,б м). Исклю- ') Драйден Х. Современное развитие механики пограничного слои.— В кнл Проблемы механики.— М.: ИЛ, 1955, с. 277 — 290. й 122. ПЕРЕНОС ИМПУЛЬСА, ТЕПЛА И ПРИМЕСЕИ 623 янтельно высокая интенсивность (40о ) имеет место вблизи точки отрыва турбулентного пограничного слоя (х,=7,84 м), Частотные (спектральные) характеристики турбулентного пограпнчиого слоя показывают, что внутри слоя преимущественное значение имеют колебания частоты, низкой по сравнению с частотами колебаний аие пограничного слоя. Так, в пограничном слое на пластине в сечении, соответствующем числу Рейнольдса ке„=650000, преимущественное значение имеют частоты до 40 — 50 Гц, при йе,,=1600000 — до 20 Гц, а впе пограничного слоя — порядка 100 Гц.
Доля высоких частот (порядка 1000 Гц) совершенно невелика. Понижение частот при переходе к ббльшнм ке. говорит о возрастании масштаба турбулентности с увеличением толщины пограничного слоя. Можно заметить простую связь между частотой пульсаций и масштабом турбулентности. При прохождении крупномасштабного вихря иимо неподвижного датчика частотомера будет зарегистрировано боль. шее время, чем при прохождении мелкомасштабного вихря. Отсюда следует общая закономерность« ббльшим по масштабу вихрям соответствует меньшая частота и, наоборот, меньшим — более высокая частота, Пользуясь взамен частоты обратной по отношению к ней величиной — длиной волны, убедимся в полном соответствии ранее отмеченного различия в процессах рассеяния вихрей известному общему закону о более быстром рассеянии коротких волн по сравнению с длинными').
Значительное развитие получило учение о «когерентной» турбулеитности, объясняющее турбулентное перемешивание на поверхностях раздела, образующихся, например, в свободных струях или струях в спутных потоках и следах за обтекаемыми телами, наличием дискретных вихревых структур (кольцевых и тороидальных, П-образных и др.). Для многих прикладных вопросов и особенно для представляющей большой интерес теории турбулентного пограничного слоя существование «ногерентных» структур служит объяснением такого специфического явления, как отрыв турбулентного пограничного слоя от плавной поверхности.
Подобный вопрос уже был рассмотрен в гл. ХП для случая лаиииарного пограничного слоя, в котором явление отрыва подчинялось простому математическому моделированию. Иначе обстоит дело с турбулентным пограничным слоем. По современным представлениям во внешней части турбулентного пограничного слоя развивается крупноиасштабнал турбулентность, по своей структуре представляющая динамически равновесный процесс взаимодействия крупных, имеющих порядок размера толщины пограничного слоя вихрей, с одной стороны, распадающихся на более мелкие, с другой — коагулирующих (срастающихся) в более крупные вихри, образуя так называемую «когерентную» структуру.
Увлекаемые оторвавшимся пограничным слоем, они заполняют «след» за телом, имеющий также когерентную структуру. Подчеркнем, что в такого рода областях излагаемая далее теория турбулентного переноса теряет свою справедливость и на смену ей приходит еще не получившая своего конечного развития теория взаимодействия вихреиых систем.
$ 122. Перенос импульса, тепла н примесей и турбулентных движениях. Гипотезы Буссииеска, Фурье и Фика Предложенное Р е й н о л ь д с о м выделение из общего турбулентного движения некоторого более простого осреднекного движения не исключает необходимости учета тех физических процессов, которые в дей- ') Для оэнаномления с общей теорией турбулентности рекомендуем наиболее доступную для этой цели монографию: Х и н не И. О. Турбулентность.— Мл Фиэматгиэ, 1963. 524 ГЛ. Х111.
ТУРБУЛЕНТНЫЕ ДВИЖЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОН ВЯЗКОН ЖИДКОСТИ ствительности происходят в турбулентных движениях. Линии тока ос. редненного движения, непроницаемые для этого условно вводимого движения, проницаемы для пульсационного движения, которое переносит из слоя в слой сквозь линии тока осредненного движения количество движения (импульс), тепло, вещество и другие виды физических субстанций. Этот перенос аналогично тому, как это имеет место в случае молекулярного переноса в ламинарных движениях, определяет турбулентное трение между слоями в осредненном движении, тепломассоперенос между ними и другие разнообразные явления переноса. Отличие от ламинарного (молекулярного) переноса здесь в том, что носителями субстанции в турбулентном переносе являются не срав.
ннтельно ничтожные по массе отдельные молекулы, а конечные объемы жидкости, как иногда говорят, «моли». В соответствии с этим и сами процессы турбулентного переноса называют «малярными», в отличие от «молекулярных» процессов переноса в ламинарных движениях. С этой точки зрения у прием выделения осреднен. ного движения можно представить себе так. Действительное турбулентное дви. 7 Йу жение с характерными для й(у> него извилистыми, хаотически переплетающимися линиями тока и траекториями, заменяется некоторым упорядоченным слоистым Рис 232 (но не ламинарным'1) движением. Такую замену можно выразить принятым в метеорологических применениях теории турбулентности термином стратификация (от латинского слова Б(га(цз — слой). Стратификация может производиться по различным характеристикам потоков: скоро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
