ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стадии процесса перехода к развитой турбулентности из "Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен Кн.2" Процесс перехода в условиях естественной конвекции в результате действия более сложных механизмов завершается иначе. Дело в том, что поля скорости и температуры взаимосвязаны,, и это оказывает дополнительное существенное влияние на процесс перехода. Поскольку взаимное влияние и результат взаимодействия двух полей зависят от числа Прандтля, величина этого критерия становится дополнительным параметром. [c.38] Большинство исследований процесса перехода при естественной конвекции проводилось применительно к течениям двух наиболее распространенных в природе сред воды (Рг = 6,7) и воздуха (Рг = 0,71). Картины процесса перехода в этих средах в общих чертах, по-видимому, схожи, но имеются и существенные различия. В данном разделе рассматриваются некоторые основные особенности процессов перехода течений воды и воздуха. [c.38] После завершения перехода к турбулентности в потоке воды продолжается развитие спектра пульсаций и процессов переноса. Спектр колебаний скорости расширяется, а интенсивность пульсаций температуры уменьшается. Механизмы турбулентного переноса становятся более эффективными, несмотря на прекращение роста возмущений скорости. Такие изменения в направлении течения продолжаются до тех пор, пока распределения параметров, масштабы, интенсивность пульсаций и другие характеристики турбулентности не начинают соответствовать зависимостям полностью развитого турбулентного течения. [c.39] Преобразование спектра после завершения процесса перехода в условиях естественной конвекции воздуха систематически не изучалось. Но экспериментальные данные, полученные в работе [143], свидетельствуют о том, что отсутствует отчетливо выраженная область, в которой характеристики переноса изменяются, приближаясь постепенно к соответствующим значениям для турбулентного течения. Это различие в развитии течений газа и воды, возможно, связано с влиянием числа Прандтля. В случае воды первоначальная задержка развития возмущений температуры оказывает влияние на весь процесс перехода. [c.40] Критерий начала перехода. Прежде чем детально описать стадии процесса перехода, необходимо дать четкое определение границ области перехода. Приведенный выше критерий окончания переходного режима успешно использовался для течений как жидкостей, так и газов. Предложено множество критериев для определения начала перехода. Однако лишь недавно обнаружено, что существуют различия между гидродинамическим переходом в динамическом пограничном слое и теплофизическим переходом в тепловом пограничном слое. Ранее предложенные критерии были основаны на определении момента, когда появляются заметные пульсации температуры или повышается интенсивность теплообмена относительно уровня, соответствующего ламинарному режиму течения, а в случае постоянного теплового потока от поверхности — уменьшается разность температур по сравнению со значениями для ламинарного пограничного слоя или, наконец, когда профиль средней температуры отклоняется от соответствующего профиля для ламинарного течения. [c.40] На рис. 11.4.3 приведены измеренные профили средней температуры в виде зависимости ф от у. При = 470 профиль соответствует ламинарному течению. Однако в динамическом пограничном слое переход к турбулентности начался уже раньше. При О = 503 видны первые заметные изменения профиля температуры. Толщина теплового пограничного слоя возрастает. Профиль становится круче во внутренней части пограничного слоя и положе во внешней области. Эти изменения происходят вслед за изменениями поля скоростей. По данным работы [74] изменения профилей средней скорости и температуры имеют одинаковый характер. [c.42] Рост возмущений в области перехода. На рис. 11.4.4 представлены результаты измерений в воздушной среде и в воде интенсивности пульсаций скорости и температуры. После начала переходного режима относительные значения и и I резко возрастают. Ниже по течению развитие возмущений замедляется. Достигнув максимума до завершения процесса перехода, интенсивность пульсаций начинает уменьшаться. В воздушной среде амплитуды пульсаций скорости и температуры достигают своих максимальных значений почти одновременно. В воде интенсивность пульсаций скорости становится максимальной в конце области перехода, тогда как пульсации температуры продолжают расти и дальше вниз по течению. Такое различие объясняется задержками в развитии возмущений температуры на первых стадиях процесса перехода. Отметим, что как в газах, так и в жидкостях относительные амплитуды пульсаций скорости и температуры имеют большие значения. [c.43] НОГО течения частота возмущения остается практически неизмен-ной до конца области перехода. На рис. 11.2.2 этим экспериментальным данным соответствуют точки при больших значениях G. Другие исследователи получиди такой же результат. На рис. 11.2.1 приведены аналогичные данные для перехода в воздушной среде. Видно, что процесс селективного усиления продолжается на большом расстоянии вниз по течению от области линейного роста возмущений. [c.44] За областью перехода процесс расширения полосы частот продолжается. Увеличивается энергия колебаний с частотами, превышающими частоту наиболее неустойчивого колебания. Развитие спектра продолжается до тех пор, пока не создаются условия для возникновения локально-изотропной турбулентности в инерционной области спектра, определение которой дается ниже. Данные, представленные на рис. 11.4.5, показывают, что с началом процесса перехода крупные вихри разбиваются на мелкие. Масштаб турбулентности можно выразить через частоту колебания, и первоначально большой размер вихрей связан с низкой частотой преобладающего колебания. По мере развития процесса перехода Энергия возмущения передается колебаниям с более высокими частотами из узкой области спектра с центром на частоте наиболее неустойчивого колебания. Это сопровождается образованием мелкомасштабных вихрей. [c.46] Перенос тепла в области перехода. Наиболее важным для практики результатом процесса перехода является повышение интенсивности теплопереноса по сравнению со стационарным ламинарным течением. На рис. 11.4.6 в качестве примера показано, как возрастают локальные характеристики теплопередачи при изменении режима течения от ламинарного до полностью турбулентного. Эти данные заимствованы из работы [127], где они получены при исследовании течения воды около вертикальной поверхности, нагреваемой тепловым потоком постоянной плотности. Увеличение локального коэффициента теплопередачи сопровождается соответствующим уменьшением локальной температуры поверхности по сравнению с ее значением при ламинарном режиме Течения. Данные рис. 11.4.6 соответствуют пяти значениям теплового потока видно, что с его увеличением область перехода смещается вперед, а отклонение чисел Нуссельта Ына- от значений для ламинарного пограничного слоя возрастает. Зависимости, характерные для полностью развитого турбулентного течения, устанавливаются далеко вниз по потоку. Результаты измерений хорошо согласуются с корреляционными зависимостями [153]. [c.46] НИЙ в воде [9] показывают, что оба упомянутых механизма действуют как в области перехода, так и за ней. Подробно этот вопрос обсуждается в разд. 11.6. [c.47] Вернуться к основной статье