close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Определение границы вязкого подслоя стационарного турбулентного потока жидкости посредством анализа пульсационных (статистических) характеристик его скорости в канале с нагретой стенкой..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 532
С. В. Юшко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ВЯЗКОГО ПОДСЛОЯ СТАЦИОНАРНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО
ПОТОКА ЖИДКОСТИ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА ПУЛЬСАЦИОННЫХ (СТАТИСТИЧЕСКИХ)
ХАРАКТЕРИСТИК ЕГО СКОРОСТИ В КАНАЛЕ С НАГРЕТОЙ СТЕНКОЙ
Ключевые слова: турбулентный слой, граница вязкого подслоя, термоанемометр, статистический метод.
Предложен метод определения границы вязкого подслоя стационарного турбулентного потока жидкости в
осесимметричном канале с теплой стенкой посредством статистического анализа пульсационной
составляющей скорости потока, измеренной термоанемометром.
Keywords: turbulent boundary layer, viscous sublayer boundary, thermoanemometer, statistical method.
In this paper proposed a method of determining the boundaries of the viscous sublayer steady turbulent fluid flow in an
axisymmetric channel with a warm wall by means of statistical analysis of the fluctuating component of the flow
velocity measured anemometer.
В работах [4] и [5] было дано описание
газодинамического стенда, а также методик
проведения
измерений
кинематических
характеристик потоков жидкости с помощью
термоанемометра. В развитие данных исследований
было
изучено
поведение
пульсационной
составляющей скорости потока по сечению
осесимметричного канала.
При
изучении
статистических
характеристик потока, таких как коэффициент
асимметрии
Ai 
wi3
0.20
0.00
4.0
8.0
12.0
4.0
=0.004
8.0
12.0
=0.008
0.30
P(u)
P(u)
(1)
2
0.20
0.20
0.10
wi 4
wi 2
P(u)
0.20
0.00
и коэффициент эксцесса
Ei 
0.40
P(u)
0.40
3
wi2
0.40
(2)
2
0.00
R
8.0
12.0
6.0
 =0.012
турбулентных
пульсаций
скорости
потока

w (4),(5), полученных в настоящих исследованиях,
было отмечено, что их поведение отличается от
поведения, предложенного авторами работы [1, 2]. В
ней
указывается,
что
максимум
степени
турбулентности,
смена
знака
коэффициента
асимметрии и экстремум коэффициента эксцесса
приходится на область пересечения универсального
логарифмического закона с линейным профилем
скорости характерным для вязкого подслоя.
Данное положение объяснялось тем, что в
области
перемежаемости
имеет
место
равновероятное внедрение объемов жидкости с
высокой (из ядра турбулентного пограничного слоя)
и низкой (из области вязкого подслоя) скоростью.
Гистограммы турбулентных пульсаций
скорости, построенные на основании сигнала с
термоанемометра, датчик которого был расположен
y
на разных расстояниях от стенки  
0.00
4.0
0.40
12.0
18.0
=0.016
0.40
P(u)
0.20
P(u)
0.20
0.00
0.00
5.0
10.0
=0.02
15.0
20.0
6.0
12.0
18.0
 =0.024
Рис. 1 - Гистограммы турбулентных пульсаций
скорости потока по результатам проведенных
исследований в трубе
На рис.1 видно, что ниже некоторой
области гистограммы имеют пологую правую ветвь,
а выше этой области – пологую левую ветвь.
Разделяет эти области последняя симметричная
гистограмма. Количественная оценка такого
(где R –
радиус сечения канала), могут иметь следующий
вид (рис.1).
131
смещения есть
асимметрии.
по
определению
коэффициент
турбулентности Tu и коэффициента асимметрии
турбулентных пульсаций. Можно отметить, что ни
максимум степени турбулентности, ни ноль
коэффициента асимметрии не приходятся на
область
пересечения
универсального
логарифмического закона с профилем скорости в
вязком подслое. Скорее всего, это можно объяснить
тем, что равновероятный обмен объемами жидкости
разной скорости между вязким подслоем и
турбулентным пограничным слоем происходит в
ядре зоны перемежаемости, а не на ее нижней
границе как указано в [3]. Таким образом, с
помощью представленного метода представляется
возможным определять не толщину вязкого
подслоя,
а
местоположение
ядра
зоны
перемежаемости.
Рис. 2 - Профиль скорости потока, степени
турбулентности и коэффициента асимметрии в
логарифмических координатах стенки
Литература



0

1. Репик Е.У., Пономарева В.С., «Исследо-вание влияния
близости стенки на показания термоанемометра в
турбулентном пограничном слое», Изв. СО АН СССР,
сер. техн. наук, 1965, № 13, вып. 3, с. 45-52.
2. Репик Е.У., Соседко Ю.П., «К вопросу о
перемежаемой структуре течения в зоне вязкого подслоя
турбулентного пограничного слоя», В кн: Механика
турбулентных потоков. М.: Наука, 1980, с. 219-225.
3. Репик Е.У., Соседко Ю.П., «К вопросу о толщине
вязкого подслоя в турбулентном пограничном слое»,
Изв. СО АН СССР, сер. техн. наук, 1982, № 8, вып. 2,
с.21-29.
4. Юшко С.В. Газодинамический стенд для изучения
воздушных потоков в трубах. Вестник Казан. технол.
ун-та-2013.-№ 21.- С.125-127.
5. Юшко
С.В.
Особенности
подготовки
термоанемометра
для
измерения
скорости
турбулентного потока. Вестник Казан. технол. ун-та2013.-№ 21.-С.136-138.
f
C
0
f
C
w

w
y
w
Данный метод определения границы
вязкого подслоя с помощью термоанемометра
является
интересным,
поскольку
анализ
осредненной составляющей скорости потока,
измеренной термоанемометром, затруднен в виду
активного влияния стенки на его показания на таких
расстояниях.
Между
тем,
статистические
характеристики турбулентных пульсаций скорости
можно определить с помощью термоанемометра
достаточно точно [1, 3]. Однако в дополнение к
высказанному авторам предположению можно
заметить следующее. Так на рис.2 представлен
профиль осредненной составляющей скорости
потока в логарифмических координатах:
2
(3)
2

где y – координата
y  R  r , Cf
кинематическая вязкость,  - коэффициент трения.
Здесь
же
показаны
профили
степени
___________________________________________________
© С. В. Юшко – д-р техн. наук, зав. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования
КНИТУ, s.v.yushko@gmail.com.
© S. V. Yushko – Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Engineering and Computer Graphics, KNRTU,
s.v.yushko@gmail.com.
132
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа