Пространственно-энергетические характеристики открытых турбулентных потоков

• Автор: Волгина, Людмила Всеволодовна
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Условные обозначения. Глава 1. Основные этапы и переломные моменты в изучении турбулентности. Состояние вопроса о моделировании вихревых структур в турбулентном потоке. Оставшиеся нерешенные вопросы и место настоящего исследования . Глава 2. Методика обработки экспериментальных данных. Выводы по главе 2 а . Глава 3. Функция распределения скоростей. Закон распределения вероятностей. Интенсивность турбулентности. Коэффициент асимметрии. Пространственные характеристики структурных образований. Классификация корреляционных кривых. Влияние уклона и наполнения канала на размеры структур в
3. Вторичные течения в прямоугольном русле. Энергетические спектры пульсаций скорости. Теория А. Н.Колмогорова и направление исследований. Связь формы корреляционной кривой с формой спектра. Нормированные спектральные плотности пульсаций скорости . Ненормированные спектры пульсаций скорости. Теория о пути смещения Л. Распределение турбулентных касательных напряжений по глубине потока. Энсргстическшспектры турбулентных касательных напряжений

Выводы по главе 3.

Началом систематических теоретических и экспериментальных исследований турбулентных течений следует считать появление во второй половине XIX в. О.Рейнольдса, одна из которых посвящена результатам опытов с окрашенными струйками в потоке и впервые включает параметр, который Зоммерфельд в г. Рейнольдса Яе. Практическое внедрение этого параметра в инженерные расчеты завершилось в конце первой четверти XX в. Основным результатом экспериментальных исследований Рейнольдса было выявление двух режимов течения жидкости ламинарного и турбулентного. Первый он связал с теоретическим законом сопротивления Пуазейля сопротивление пропорционально первой степени скорости, второй с экспериментальным законом Шези сопротивление пропорционально квадрату скорости, тем самым устранив одно из существующих тогда противоречий между теоретической гидродинамикой и экспериментом. Другим важным результатом этой работы является определение общих черт ламинарных и турбулентных течений и оценка критического значения числа Яе, при котором ламинарное течение теряет устойчивость и преобразуется в турбулентное. Этот факт нашел отражение в основополагающих теоретических построениях Рейнольдса, заключающихся в следующем. Мгновенное поле скорости он предложил разложить на поле осредненных и поле пульсационных скоростей, при этом осредненное поле получается путем простого временного осреднения мгновенного поля за некоторый интервал времени следует заметить, что впервые такое разделение было введено Буссинеском в г По соображениям Рейнольдса интервал осреднения должен быть значительно больше характерных масштабов пульсационного поля скоростей. Далее, используя эти предположения он выполнил осреднение уравнений НавьеСтокса и получил динамические уравнения осредненного турбулентного движения, известные как уравнения Рейнольдса. Отличие этих уравнений от уравнений НавьеСтокса заключается в появлении добавочных турбулентных напряжений, связанных с нелинейностью исходных уравнений. Физически диагональные компоненты тензора турбулентных напряжений интерпретируются как турбулентное давление и в сумме составляют удвоенную кинетическую энергию турбулентности, недиагональные как турбулентные касательные напряжения. В обоих случаях они обусловлены переносом импульса пульсациями скорости. Кроме этого, Рейнольдс выполнил энергетический анализ турбулентного движения и пришел к выводу о передаче энергии от осредненного движения к пульсационному и от пульсационного к тепловому движению молекул. Работы Рейнольдса оказали большое воздействие методического характера на последующие теоретические и экспериментальные исследования турбулентных течений и наметили два подхода в их изучении динамический и статический. Фридмана и Л. В.Келлера г. Уравнения ФридманаКеллера для моментов связи получаются в результате умножения уравнений НавьеСтокса на компоненты скорости в различных точках потока и последующего осреднения. Частный случай этих уравнений уравнения для средних величин соответствует уравнениям Рейнольдса. В общем случае уравнения ФридманаКеллера представляют бесконечную цепочку уравнений, имеющих весьма сложный вид. Вследствие нелинейности исходных уравнений НавьеСтокса любая конечная подсистема уравнений ФридманаКеллера содержит больше неизвестных, чем уравнений в подсистеме, что порождает проблему из замыкания. Теоретическому решению этой проблемы посвящено большое количество работ 2,,,,5,8,0,1. Однако успех достигнут только для наиболее простых, зачастую идеализированных течений ,2,3. Острая необходимость решения прикладных задач технической гидромеханики способствовала бурному развитию полуэмпирических или феноменологических теории турбулентности. Это направление, зародившись в х годах XX века благодаря трудам Д. Тейлора, Л. Прандтля и Т. Кармана, продолжает интенсивно развиваться и в наши дни. Базой полуэмпирических теорий являются экспериментальные данные, лежащие в основе тех или иных гипотез замыкания уравнений. Простейшие из них касаются вида напряжений Рейнольдса и основаны на соотношении, обобщающем гипотезу Ньютона введением коэффициента турбулентной вязкости v гипотеза Буссинеска.