17. Турбулентна дифузія.

Швидке розсіювання, або дифузія, часточок пили, диму або молекул у турбулентному потоці — це одна з найбільш типових рис турбулентності. Оскільки явище розсіювання часток настільки очевидно пов'язане із природою турбулентності, його вивчали дуже інтенсивно протягом багатьох років, і накопичена по даному питанню література досить велика. Огляд, який наведений нижче, буде обмежений описом загалом існуючої теорії дифузії в однорідному турбулентному потоці без виникаючого внаслідок градієнта швидкості зрушення ( як у центральній області аеродинамічної труби), а також деякими виявленими експериментально характеристиками процесу дифузії в потоках зі зрушенням у трубах і каналах.Можна довільно визначити середній коефіцієнт дифузії як коефіцієнт, який повинен бути використаний у законі Фіка для відрізка часу від 0 до Т. Однак такий коефіцієнт являє невелику цінність, оскільки він змінюється зі зміною Т. Крім ), можна обчислити з вираження і зрівняти з асимптотичним значенням для тривалих часів дифузії, яке рівно . ілюструє характер росту цього відношення зі збільшенням часу розсіювання речовини для розглянутого чисельного прикладу. Зазначене відношення є функцією масштабу турбулентності, вираженого величиною , а не інтенсивності турбулентності, яка пропорційна .безладне розсіювання часток домішки підкоряється різним законам у граничних випадках дуже коротких і дуже більших часів розсіювання. Закономірності розсіювання часток, які слід очікувати при проміжних тимчасових інтервалах, залежать від характеру зменшення коефіцієнта кореляції в часі, а інформації про це в цей час є дуже мало.

18.Турбулентні числа Шмідта й Прандля

Безрозмірні числа Шмідта й Прандтля знайшли широке застосування при кореляції даних по тепло- і масообміну між фазами. Два аналогічні відношення відповідають випадку турбулентної дифузії: Турбулентне число Шмідта = Турбулентне число Прандтля =

Т ут — турбулентна в'язкість, а й — коефіцієнти турбулентної дифузії відповідно для переносу маси й тепла.

Наведені відносини досить важливі, оскільки відомо багато даних по , за допомогою яких можна знайти значення й , якби вдалося встановити вплив швидкості, дотичного напруження й інших змінних на й . Ранні «аналоги» між переносом маси й тепла були розвинені на основі припущення, що обоє зазначених відносини дорівнюють одиниці. Очевидно, що це не так.

Значення в центральній області потоку збільшуються з ростом Re для повітря, але у випадку рідких металів — знижуються. Імовірно, як , так і будуть менше для плину в плоскому каналі, чому в трубах.Обоє безрозмірних відносини ( і ) у повітрі знижуються в міру збільшення відстані від осі, однак, мабуть, зростають до більших значень в області, розташованої досить близько в стінки.

Проста теорія Прандтля описує вихор у вигляді деякого скупчення часток рідини, яке переміщається як одне ціле на відстань, що відповідає «довжині шляху перемішування», потім розпадається на частині, втрачає свою індивідуальність і доставляє масу, тепло або кількість руху. Зрозуміло, однак, що тут може відбуватися дисипація перерахованих субстанцій у результаті молекулярного руху за час переміщення вихру (теорія «вихру з витоком»). Можливість протікання такого процесу аналізувалася різними шляхами поруч дослідників, щоб визначити зміни й залежно від Sc і Рr, Re і . Передвіщене спостережуване збільшення від значень, менших одиниці в повітрі, до значень, більших одиниці в рідких металах, але, у загальному випадку, для одержання кількісних оцінок згадані теорії, очевидно, розвинені недостатньо.