Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Билет 16.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
23.09.2019
Размер:
103.42 Кб
Скачать

16.Турбулентный участок струйного течения. Методы снижения турбулентного шума струи.

Струйное течение характеризуется тангенциальными разрывами в параметрах: скорости, плотности, температуры и концентрации. Статическое давление при этом не претерпевает разрыва.

Поверхность тангенциального разрыва в силу действия диффузии, а также гидродинамической неустойчивости (начальное возмущение в виде выступа или впадины границы струи будет увеличиваться вниз по потоку), теряет устойчивость. В результате этого будут возникать вихревые течения согласно схеме рис.1.

Р ис.1. Схема роста начального возмущения и потеря устойчивости границы струи

Эти механизмы приводят к обмену количествами движения высокоскоростных частиц струи с неподвижными во внешней среде и к вихревым образованиям, размер которых увеличивается вниз по потоку в стороны неподвижной и движущейся среды. При этом потенциальное ядро на длине участка, называемого начальным, исчезает, и начинается падение начальной скорости до (максимальной на оси струи). Схема турбулентной струи представлена на рис.2.

Р ис. 2 Схема течения осесимметричной струи

В сторону неподвижной среды струя распространяется до границы . Эта область называется струйным турбулентным пограничным слоем. При очень малых числах некоторый участок свободной струи может быть ламинарным, то есть слоистым по структуре течения. Однако свободная граница струи (отсутствие стенок) определяет разрушение границы и турбулентный характер течения. Закон распределения скорости в поперечных сечениях струи соответствует закону распределения в турбулентном пограничном слое (профиль Шлихтинга):

Как и для пограничного слоя, важными свойствами турбулентной струи для составления схемы расчета являются: постоянство давления в поперечных сечениях и малость поперечных скоростей по сравнению с продольными. Имеются обширные экспериментальные и теоретические исследования турбулентных струй.

В качестве основных направлений по созданию математических моделей течения, помимо современных численных методов расчета струй можно отметить следующие:

1. Теория Толмина, в основе которой лежит гипотеза Прандтля о постоянстве в каждом сечении пути смешения частиц движущегося потока со средой, вследствие чего имеет место линейное нарастание турбулентного пограничного слоя ( ).

В пределах длины пути смешения наблюдаются, по данным измерений, одинаковые значения мгновенных скоростей частиц. Размеры вихрей пропорциональны путям смешения.

2. Теория Рейхардта, основанная на описании процесса смешения уравнениями теплопроводности (асимптотическая граница струи).

3. Теория на основе статистических зависимостей.

Все методики требуют использования эмпирических констант. Наиболее наглядное представление свойств турбулентных струй дает нам первое направление. Возьмем зависимости для схемы течения осесимметричной струи, представленной на рис.2.

*** Для расчёта подобных течений были созданы различные модели турбулентности. Волны появляются случайно. То есть их размер и амплитуда меняется хаотически в некотором интервале. Они возникают чаще всего либо на границе, у стенки, и/или при разрушении или опрокидывании волны.

Методы снижения турбулентного шума струи.