Турбулентное течение

Июль 21, 2022

Главная
Физика
Турбулентное течение

Содержание

2. Турбулентные вихри Рисунок Леонардо да Винчи
3. Понятие турбулентности Обтекание круглого цилиндра при числах Рейнольдса Re Re = 10 Re = 20 Re
4. Волны на поверхности и течение за решеткой Понятие турбулентности
5. Волны на поверхности Акустические волны в пространстве Течение за решеткой Пограничный слой на выпуклой поверхности Понятие
6. Течение в круглой затопленной струе Смешанный характер течения: Понятие турбулентности
7. Когерентные структуры Обтекание круглого цилиндра при числе Рейнольдса 104 Турбулентность возникает на фоне упорядоченного движения. Когерентные
8. Разнообразие турбулентных течений Обтекание цилиндра Пограничный слой на плоской стенке Извержение Затопленная струя След за островом
9. Разнообразие турбулентных течений Все эти турбулентные течения имеют общие свойства: Трехмерный нестационарный характер; Наличие в потоке
10. Определение турбулентности Турбулентность – это трехмерное нестационарное движение жидкости, в котором вследствие растяжения вихрей создается непрерывное
11. Признаки турбулентных течений Нерегуляроность Турбулентное течение нерегулярно, случайно и хаотично. Диффузность В турбулентном течении диффузия выше,
12. Определение характера течения Теневые фотографии Введение примесей 1. Визуально
13. Определение характера течения 2. При помощи измерений Вносит дополнительное возмущение в поток. Обладает большим временем релаксации,
14. Определение характера течения Термоанемометрия Можно связать силу электрического тока и скорость потока «+» Малая инерционность, высокая
15. Определение характера течения Лазерная доплеровская анемометрия (ЛДА) – оптический метод измерения направления и скорости движения скорости
16. Перемежаемость Если провести измерения в точке потока за цилиндром, то получится следующая картина t1 t2 Коэффициент
17. Понятие средней величины и пульсации Турбулентные структуры существуют на фоне «основного» движения, например, однородного потока или
18. Понятие средней величины и пульсации
19. Оценка интенсивности турбулентности Картина кинетической энергии турбулентности
20. Различие между ламинарным и турбулентным потоком 1. В турбулентном потоке имеют место хаотические пульсации основных газодинамических
21. Необходимость создания надежных методов расчета турбулентных течений Необходимы надежные методы расчета турбулентных течений
22. Основные вопросы Почему происходит переход? Когда и как он переходит (сценарий перехода)? Как моделировать переход при
23. Когда происходит переход к турбулентности? При значениях числа Рейнольдса, превышающих некоторое критическое значение, упорядоченное стационарное движение
24. Почему возникает турбулентность? Число Рейнольдса характеризует соотношение сил инерции (конвекции) и вязкости в рассматриваемом течении. Конвекция
25. Сценарий естественного перехода в пограничном слое (проникновение нестационарных возмущений из внешнего потока в пограничный слой)
27. Выводы
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Турбулентные вихри
Рисунок Леонардо да Винчи

Слайд 3

Понятие турбулентности
Обтекание круглого цилиндра при числах Рейнольдса Re
Re = 10
Re =

Re = 140

Слайд 4

Волны на поверхности и течение за решеткой
Понятие турбулентности

Слайд 5

Волны на поверхности
Акустические волны в пространстве
Течение за решеткой
Пограничный слой на выпуклой

поверхности

Понятие турбулентности

Слайд 6

Течение в круглой затопленной струе
Смешанный характер течения:
Понятие турбулентности

Слайд 7

Когерентные структуры
Обтекание круглого цилиндра при числе Рейнольдса 104
Турбулентность возникает на фоне

упорядоченного движения.
Когерентные структуры – это крупные, относительно упорядоченные структуры. Характерны для большинства турбулентных течений.

Упорядоченное
течение

Слайд 8

Разнообразие турбулентных течений
Обтекание цилиндра
Пограничный слой на плоской стенке
Извержение
Затопленная
струя
След за островом
в океане
Галактические

облака

Слайд 9

Разнообразие турбулентных течений
Все эти турбулентные течения имеют общие свойства:
Трехмерный нестационарный характер;
Наличие

в потоке как крупных (когерентных) структур, так и очень мелких хаотичных структур.

Слайд 10

Определение турбулентности
Турбулентность – это трехмерное нестационарное движение жидкости, в котором вследствие

растяжения вихрей создается непрерывное распределение хаотических пульсаций параметров потока в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых граничными условиями течения. [П. Брэдшоу]

Слайд 11

Признаки турбулентных течений
Нерегуляроность
Турбулентное течение нерегулярно, случайно и хаотично.
Диффузность
В турбулентном

течении диффузия выше, чем в ламинарном.
Высокое число Рейнольдса
Турбулентное течение встречается при высоких числах Рейнольдса.
Трехмерность
Турбулентность всегда трехмерна.
Диссипативность
Энергия наиболее мелких вихрей переходит в тепло.
Неразрывность
Размер наиболее мелких вихрей намного больше длины свободного пробега молекул среды.
Эти вихри могут быть рассмотрены в рамках механики сплошной среды.

Слайд 12

Определение характера течения
Теневые фотографии
Введение примесей
1. Визуально

Слайд 13

Определение характера течения
2. При помощи измерений
Вносит дополнительное возмущение в поток.
Обладает большим

временем релаксации, непригодна для измерения турбулентных потоков.

Измерения

Слайд 14

Определение характера течения
Термоанемометрия
Можно связать силу электрического тока и скорость потока
«+» Малая

инерционность, высокая чувствительность и точность, компактность прибора

Слайд 15

Определение характера течения
Лазерная доплеровская анемометрия (ЛДА) – оптический метод измерения направления

и скорости движения скорости частиц в потоке (размер частиц 0,5…20 мкм).

Измеряя сдвиг частоты рассеянного света определяется скорость частиц (которая равна скорости потока).

Слайд 16

Перемежаемость
Если провести измерения в точке потока за цилиндром, то получится следующая

картина

Коэффициент перемежаемости:

Перемежаемость – явление чередования ламинарной и турбулентной форм движения.

Слайд 17

Понятие средней величины и пульсации
Турбулентные структуры существуют на фоне «основного» движения,

например, однородного потока или неподвижной среды.

Слайд 18

Понятие средней величины и пульсации

Слайд 19

Оценка интенсивности турбулентности
Картина кинетической энергии турбулентности

Слайд 20

Различие между ламинарным и турбулентным потоком
1. В турбулентном потоке имеют место

хаотические пульсации основных газодинамических переменных: давления, температуры, плотности, скорости и т.д.
2. Пульсации (в первую очередь скорости) обеспечивают перенос импульса, энергии и т.д. Этот перенос намного превосходит молекулярный перенос.
3. Происходит существенное изменение всех основных характеристик течения.
4. При расчете нельзя игнорировать влияние турбулентности.

Напряжение трения на стенке в пограничном слое

Слайд 21

Необходимость создания надежных методов расчета турбулентных течений
Необходимы надежные методы расчета турбулентных

течений

Слайд 22

Основные вопросы
Почему происходит переход?
Когда и как он переходит (сценарий перехода)?
Как моделировать

переход при проведении расчетов?
Первым вопросом занимается теория динамического хаоса – один из основных разделов синергетики (науки о самоорганизации).
Неустойчивость – признак того, что такая форма движения не может больше существовать. Должна появится новая форма движения.

Изменение структуры течения при различных числах Рейнольдса

Стационарное
безотрывное

Стационарное
отрывное

Нестационарное
упорядоченное

Турбулентное

Слайд 23

Когда происходит переход к турбулентности?
При значениях числа Рейнольдса, превышающих некоторое критическое

значение, упорядоченное стационарное движение газов и жидкостей (ламинарное движение) теряет устойчивость и становится турбулентным.

Слайд 24

Почему возникает турбулентность?
Число Рейнольдса характеризует соотношение сил инерции (конвекции) и вязкости

в рассматриваемом течении. Конвекция дестабилизирует течение, а вязкие силы стабилизируют.
Объемные силы также могут стабилизировать или дестабилизировать течение:
Температурная стратификация;
Центробежная сила.

Увеличение числа Рейнольдса (превышение Reкр)

Потеря устойчивости

Развитие пульсаций

Переход к развитому
турбулентному режиму течения

Потеря устойчивости потока зависит от вида течения, так и множества других факторов.
Не существует «универсального» числа Рейнольдса перехода.
Вопросами определения границ устойчивости занимается теория устойчивости.

Слайд 25

Сценарий естественного перехода в пограничном слое
(проникновение нестационарных возмущений из внешнего потока

в пограничный слой)

Слайд 26

Слайд 27

Турбулентное течение

Содержание

Турбулентные вихриРисунок Леонардо да Винчи

Понятие турбулентностиОбтекание круглого цилиндра при числах Рейнольдса ReRe = 10Re =

Волны на поверхности и течение за решеткойПонятие турбулентности

Волны на поверхностиАкустические волны в пространствеТечение за решеткойПограничный слой на выпуклой

Течение в круглой затопленной струеСмешанный характер течения:Понятие турбулентности

Когерентные структурыОбтекание круглого цилиндра при числе Рейнольдса 104Турбулентность возникает на фоне

Разнообразие турбулентных теченийОбтекание цилиндраПограничный слой на плоской стенкеИзвержениеЗатопленнаяструяСлед за островомв океанеГалактические

Разнообразие турбулентных теченийВсе эти турбулентные течения имеют общие свойства:Трехмерный нестационарный характер;Наличие

Определение турбулентностиТурбулентность – это трехмерное нестационарное движение жидкости, в котором вследствие

Признаки турбулентных теченийНерегуляроность Турбулентное течение нерегулярно, случайно и хаотично.Диффузность В турбулентном

Определение характера теченияТеневые фотографииВведение примесей1. Визуально

Определение характера течения2. При помощи измеренийВносит дополнительное возмущение в поток.Обладает большим

Определение характера теченияТермоанемометрияМожно связать силу электрического тока и скорость потока«+» Малая

Определение характера теченияЛазерная доплеровская анемометрия (ЛДА) – оптический метод измерения направления

ПеремежаемостьЕсли провести измерения в точке потока за цилиндром, то получится следующая

Понятие средней величины и пульсацииТурбулентные структуры существуют на фоне «основного» движения,