Возникновение турбулентности

Билет 7 вопрос 2

Понятие о турбулентности

Турбулентным называется такое движение, хар-ки к-го нерегулярно и беспорядоченно изменяются во времени и в пространстве при неизменных внешних условиях. Случайный характер изменения параметров является главной особенностью турбулентных течений, отличающей их от ламинарных движений, свойства которых определяется внешними условиями. Отличительными чертами атм.турбулентности являются: многомаштабность, существенное влияние стратификации.

Атмосферные движения являются не единственным проявлением турбулентности, большинство течений в природе и технике турбулентные.

Возникновение турбулентности

При турбулентном режиме воздействие потока на обтекаемые жидкостью или газом тела оказываются значительно большим, чем при ламинарном. Так же в турбулентном потоке интенсивнее происходит диффузия тепла и примеси.

Критерий возникновения турбулентности был получен анг.физиком О.Рейнольдсом в 1883г. при изучении движений жидкости в стеклянных трубках. Рейнольдс показал, что ламинарное движение переходит в турбулентное тогда, когда безразмерное число Re становиться больше некоторого критического значения Re_кр.

Re=uL/ν где u и L - характерные масштабы скорости и длины, ν – кинематический коэф.вязкости (ν=μ/ρ – динамический коэф.вязкости).

Число Рейнольдса характеризует относительную роль инерции и молекулярной вязкости в динамике течений. Силы инерции, роль которых состоит в пространственном переносе количества движений, способствует возникновению неоднородностей. Силы вязкости, наоборот, сглаживают возникающие неоднородности.

При малых Re (преобладают силы вязкости) – движение ламинарное.

При больших Re (преобладают силы инерции) – движение турбулентное.

Критическое значение Re_кр было установлено экспериментально для различных типов турбулентных движений. Re_кр зависит: от начальной турбулизации потока, и чем она больше, тем меньше величина Re_кр.

В нестратифицированном потоке движение становиться турбулентным, когда Re> Re_кр., однако возмущения разных масштабов появляются в потоке неодновременно.

Re l =u l L/ν – для пульсаций различных масштабов.

При больших Re самые крупные вихри являются неустойчивыми Re l ₁> Re_кр. Они распадаются, порождая турб.движения меньшего размера l ₂< l _1. Когда Re l ₂ становиться больше критического, то они распадаются на еще более мелкие l ₃ и т.д. Процесс распада происходит до тех пор, пока не возникнут столь малые вихри с Re l _n< Re_кр.(устойчивые).

В развитом турбулентном потоке максимальной энергией обладают вихри промежуточного масштаба l _g< l _E<L (l _g – масштаб диссипирующих вихрей, l _E – масштаб энергосодержащих вихрей).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: