Турбулентное течение в пограничном слое
Турбулентное течение в пограничном слое потоках существенно влияют на развитие течения. При анализе течения используются осреднение во времени величины и пульсационные составляющие При этом мгновенные значения скорости, давления и температуры могут быть определены в виде сумм: Степень турбулентности с является одной из важных характеристик турбулентных течений. Она определяется соотношением минарной формы течения в пограничном слое в турбулентную, а также интенсивность теплоотдачи. При наличии пульсаций в потоке появляется дополнительное напряжение трения и дополнительный перенос энергии коэффициенты турбулентной (кажущейся) вязкости и теплопроводности. Выражения для определения могут быть получеш»] из уравнений с осредненными значениями скорости, давления и температуры. В приближении пограничного слоя эти уравнения имеют следующий вид: где - осредненные во времени квадраты пульсационных составляющих скорости: — скорость невозмущенного потока. Для простоты рассуждений все соотношения здесь записаны в двухмерном приближении. В действительности картина течения трехмерна. От значения е в набегающем на тело потоке существенно зависит критическое число Re, соответствующее переходу Стенснь турбулентности — отношение средней квадратичной пульсаций составляющих вектора скорости в данной точке к осредненной скорости невозмущенного потока. Общее напряжение трения в турбулентном потоке состоит из напряжения трения, вызванного молекулярной и турбулентной вязкостью, поэтому . Аналогично На некотором расстоянии от стенки в турбунтном ядре и Вблизи стенки, в ламинарном подслое роль становится су- щественной. В отличие от уравнений уравнения турбулентного пограничного слоя, записанные для осредненных величин, кроме содержат неизвестные значения , зависящие от пульсационных составляющих. В основе приближенных полуэмпирических теорий турбулентного тепло- и массообмена лежат эмпирические гипотезы, связывающие кажущиеся вязкость и теплопроводность с осреднснными во времени скоростями и температурами. Каждая из таких теорий содержит опытные константы и может быть использована для расчега определенного вида турбулентного течения. В настоящее время с помощью вычисли гельной техники на основе результатов непосредственных измерений турбулентных пульсаций изучаются различные модели турбулентности, позволяющие получить более детальную информацию о локальной структуре турбулентных течений. В основу приближенных методов расчета теплообмена при турбулентном течении положены универсальные зависимости распределения скоростей и температур в пограничном слое, установленные путем обработки опытных данных методами теории подобия. В выражениях, аппроксимирующих эти закономерности для скоростей, температур и линейных размеров, подобраны соответствующие масштабы, а константы не зависят от Re. Такой подход в сочетании с теоретическим обоснованием позволяет получить уравнения типа необходимые для расчета теплоотдачи. Для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи при турбулентном режиме течения в пограничном слое на телах различной формы може! быть использовано критериальное уравнение Это уравнение справедливо для случаев обтекания плоских и осесимметричных тел потоком, движущимся с высокой скоростью, с продольным градиентом давления (в том числе при течении в соплах). Критерии подобия построены точно так же, как и в формуле В безразмерные комплексы входит величина Коэффициент восстановления температуры (при турбулентном режиме течения) зависит практически только от критерия Рг: Полуэмнирическая формула согласуется с результатами измерений при Она справедлива в диапазоне I на пластине и конусе и при течении в соплах.