ТОП 10:

ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА



 
 

В технологических аппаратах наиболее часто встречается турбулентный режим движения жидкости. При этом имеет место выравнивание скоростей в основной массе жидкости, при этом профиль скорости по сечению трубопровода отличается от параболического – кривая имеет широкую вершину (рис. 6.1).

Рис 6.1

Опытные исследования показывают, что средняя скорость υср при турбулентном движении не равна половине υmax (как это наблюдалось при ламинарном режиме), а значительно больше, причем отношение . Характер турбулентного движения сложен, поэтому невозможно получить строгое теоретическое выражение профиля скорости. Кроме того, необходимо учесть, что на рис. 6.1 показан профиль не истинных, а осредненных во времени скоростей. Истинная скорость в каждой точке не постоянна во времени, а испытываетфлуктуацию (нерегулярные пульсации) случайного характера.

 
 

Изобразим график изменения во времени составляющей истинной скорости υх (рис. 6.2).

Рис 6.2

Саму истинную скорость изменить практически очень трудно. Видно, что скорость (υх) колеблется около некоторого осредненного во времени значения . Это значение можно определить соотношением , т.е. величина υх равна высоте прямоугольника, равновеликого площади, заключенной между пульсационной кривой и осью абсцисс в пределах изменения времени от 0 до некоторого значения τ. Разность между истинной и осредненной скоростями называется мгновенной пульсационной скоростью.

В турбулентном потоке условно различают три зоны (рис. 6.1):

1) Пограничный слой – в нем наблюдается ламинарный режим движения. Толщина слоя незначительна (несколько микрометров); оказывает большое влияние на процесс теплопередачи.

Определим толщину пограничного слоя (δ).

Величина δ зависит от числа Рейнольдса. Градиент скорости в пределах вязкого подслоя можно определить в виде . Тогда напряжение трения на стенке трубопровода, в соответствии с законом внутреннего трения И. Ньютона, получим в виде:

, (6.1)

где δ – толщина пограничного (вязкого) подслоя;

υ – скорость жидкости на внешней границе (предельная скорость в

пограничном слое);

n – направление по нормали к стенке.

Разделив уравнение (6.1) на ρ и произведя некоторые преобразования, получим

, (6.2)

где – так называемая динамическая скорость, или скорость

среза жидкости (имеет размерность скорости);

N – число Никурадзе, аналогичное числу Рейнольдса, равное

10,47 – 11.

Тогда

. (6.3)

Для дальнейшего вывода необходимо знать влияние гидравлического уклона i на динамическую скорость υ* . Эта зависимость устанавливается из основного уравнения равномерного движения (4.5): . Для круглого трубопровода . Следовательно, после некоторых преобразований, имеем: . Отсюда, получим

. (6.4)

Из формулы (5.19): видно, что . Тогда динамическая скорость равна:

или , (6.5)

а толщина вязкого подслоя (при N=10,47) составит

. (6.6)

Последнее выражение можно преобразовать, учитывая, что . Следовательно, уравнение (6.6) примет вид:

. (6.7)

Анализ зависимости (6.7) показывает, что при увеличении числа Re, величина δуменьшается.

2) Переходная зона – в ней наблюдается резкое выравнивание скоростей потока до постоянного значения.

3) Турбулентное ядро – частицы жидкости в нем движутся сложно, вдоль и поперек потока, а также истинная скорость в каждой точке не постоянна во времени. Частицы испытывают нерегулярные пульсации случайного характера (флуктуации).

В гидравлике и гидромеханике важным является понятие масштаба турбулентности. Чем ближе друг к другу находятся две частицы, тем более близки их истинные скорости. Достаточно близко расположенные частицы движутся совместно, и их можно считать принадлежащими к некоторой единой совокупности, которая называется вихрем или «комком» жидкости. Размер таких «комков» носит название масштаба турбулентности.

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.168.112.145 (0.004 с.)