Двухслойная модель турбулентного потока.

Турбулентное течение

Число Рейнольдса.

Главные сведения.Эпюры скоростей.

Характеристики турбулентного течения.Эпюры скоростей. К-тКариолиса.

Три области для зависимости коэффициентов сопротивления

Перемещению в круглой трубе. Относительная шероховатость.

Испытания Никурадзе

Настоящие шероховатые трубы. Испытания Муринаи теплотехнического университета.

Турбулентное течение в некруглых трубах

Число Рейнольдса.

Число Рейнольдса безразмерный критерий, характеризующий режимы перемещения жидкости. Критическая величина равнаяRe = 2000-2300- переход от ламинарного к турбулентному режиму перемещения.

Режим перемещения зависит от формы русла: труба либо открытый поток, геометрии русла: круглая либо квадратная труба, размеров шероховатостей, скорости и вязкости жидкости.

Изучения сопротивлений перемещению жидкости в круглых трубах и факторов, каковые на него воздействуют, были совершены Никуразде и Муриным. Они выяснили зависимостькоэффициентовсопротивленияот числа Reи шероховатости внутренней поверхности труб (русла), связанные с трением вязкой жидкости.

Главные сведения о турбулентном режиме течения жидкости.

Эпюры скоростей.

Для турбулентного режима течения свойственны давлений и пульсации скоростей,перемешивание жидкости.

В фиксированной точке потока величина скорости возможно измеренас помощью трубки полного напора либо трубки Пито (рис.11.1).Трубка, развёрнутая под углом 90°, устанавливается отверстием навстречу потоку, рядом с ней устанавливается пьезометр. Скорость V частиц жидкости, попадающих в отверстие трубки, тормозится и значительно уменьшается до нуля, а давление возрастает на величину скоростного напора. Столб жидкости в трубке Пито поднимается над уровнем в пьезометре на высоту равную скоростному напору.

Измерив, разность высот жидкости в трубке Пито и пьезометре, возможно выяснить мгновенную скорость жидкости в данной точке.

Рис.11.1 Применение трубки Пито для измерения скоростей потока

Запишем уравнение Бернулли для струйки, которая попадаетв трубку. Для сечений 0-0 имеем Р0 и V0, и 1-1 P1,V1 =0:

На протяжении второй лабораторной работы при трансформации перепадов давленийфиксировались большие колебания давления, зафиксированные пьезометрами. Такие же колебания показывают измерения скорости посредством трубки Пито (рис.11.2). Величины местных мгновенных скоростейv колеблются около среднего значенияvср. Скорости частиц жидкости имеют пульсационную составляющую v’. Траектории частиц, проходящих через данную неподвижную точку пространства в различные моменты временив опыте Рейнольдса с прозрачной трубой, являются кривыми линии, зафиксировать направление векторов скорости весьма сложно.

Рис.11.2. Изменение местных скоростей в турбулентном потоке.

Двухслойная модель турбулентного потока.

Изюминкой турбулентного режима перемещения есть перемешивание частиц жидкости. Интенсивность перемешивания возрастает с повышением числа Рейнольдса. Структура потока жидкости в прямолинейной цилиндрической трубе круглого сечения возможно представлена в виде приближенной двухслойной схемы (рис11.3).

Рис.11.3. Двухслойная модель турбулентного потока.

На жёсткой стенке скорости, среди них и пульсационные равны нулю. Вблизи стены находится узкий слой ?, в этом слое в основном имеются касательные напряжения, вычисленные по закону Ньютона. Данный слой именуется вязким подслоем (либо ламинарным подслоем) потока, скорость в этом подслое возрастает линейно от нуля до некоей величины vл.п. Другая часть потока занята турбулентным ядром, где происходят интенсивные пульсации скорости.

Турбулентное течение есть неустановившимся, поскольку траектории, давления частиц и местные скорости изменяются во времени,

Для теоретических выкладок и расчётов скорости и давленияусредняют.В случае если усредненные значения давлений и скоростей потока мало изменяются во времени, турбулентное течение вычисляют установившимся.

Усредненныескорости при турбулентном режиме теченияраспределены по сечению трубопровода более равномерно в сравнении с ламинарным режимом.

Коэффициент (рис.11.4) Кориолиса , учитывающий неравномерность распределения скоростей в уравнении Бернулли, при турбулентном течении меньше, чем при ламинарном режиме. При ламинарном режиме течения коэффициент Кориолиса не зависит от Re и близок к числу два,при турбулентном течении близок к единице.

Потому, что при турбулентном течении отсутствует слоистость потока и происходит перемешивание жидкости, касательное напряжение ? на стенке трубы в турбулентном потоке больше, чем при ламинарном, благодаря перемешиванию.

Рис.11.4 Профили скоростей при турбулентном и ламинарном режиме течения(а), коэффициент Кориолиса (б) в функции числа Рейнольдса.

ПриReReкрпотериэнергии на трение по длине намного больше при турбулентном режиме перемещения, чем при ламинарном при тех же размерах трубы, вязкости и расходе жидкости.

При ламинарном режиме утраты напора на трение возрастают пропорционально скорости в первой степени, а при переходе к турбулентному течению заметен потери и скачок сопротивления возрастают пропорционально квадрату скорости (рис.11.5).

В виду сложности трудностей и турбулентного течения его аналитического изучения сейчас не имеется строгой и правильной его теории. Расчеты утрат при турбулентном перемещении жидкости ведут по уравнению Бернулли и усредненным скоростям.

Рис.11.5. Зависимость утрат на трения для ламинарного,

переходного и турбулентного режимов

Изучение турбулентных потоков в каналах


Также читать:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: