Турбулентный режим течения. Пульсация скорости

Турбулентный режим течения является более сложным для исследования, чем

ламинарный, вследствие интенсивного перемешивания жидкости, пульсации

скоростей и давлений. В настоящее время модель турбулентного потока

представляют состоящей из трех зон (рис.7.1):

Вязкого подслоя 1, переходной области 2 и области развитого течения или

ядра потока 3.

Вязкий подслой 1 располагается в непосредственной близости от стенок, в

нем наблюдаются турбулентные пульсации, но они заглушаются силами

вязкости. Поэтому в весьма тонком вязком подслое характер течения

обусловливается в основном вязким трением. Средняя толщина вязкого

подслоя может быть больше или меньше средней высоты выступов

шероховатости стенок.

В переходной области силы вязкости соизмеримы с силами инерции и здесь

наблюдается неустойчивый режим течения.

В ядре потока течение имеет четко выраженный турбулентный характер с

интенсивным перемешиванием жидкости.

Скорость и давление в любой точке турбулентного потока изменяются во

времени, причем беспорядочно, непериодически отклоняясь от некоторого

устойчивого среднего положения (рис.7.2). Поэтому мгновенную скорость

можно предусматривать в виде двух составляющих: -осредненная по времени

и -скорость пульсации, которая может быть как со знаком «+», так и со

знаком «-». Тогда в общем случае можно записать

 = +

Введение понятия осредненной скорости позволило предложить осредненную

модель турбулентного потока, которая нашла широкое применение в

инженерной гидравлике. Для такой модели справедливы все результаты и

зависимости, полученные раньше. Это относится к уравнениям Бернулли,

неразрывности и т.д.

Распределение скоростей по сечению турбулентного потока носит более

сложный характер, чем при ламинарном. Эпюра скоростей носит

логарифмический характер и описывается выражением:

 ,

n зависит от Re для гидравлически гладких труб.

  - осредненная во времени локальная скорость; -динамическая скорость,

определяемая выражением , где - напряжение турбулентного трения;

-плотность; ǽ-постоянная Кармана, ǽ= 0,4; с - константа,

определяемая из условия, что максимальная осредненная скорость

находится в центре потока, т.е. при . Тогда можно записать

                                            (7.3)

Эпюра осредненных скоростей при турбулентном режиме течения

характеризуется следующими особенностями:

- скорости на поверхности стенки равны нулю;

- в пристенном слое на весьма малом расстоянии от стенки скорость

изменяется от нуля до значений, мало отличающихся от значений скорости в

центре потока;

- в ядре потока скорости изменяются относительно мало, а поэтому

мал и градиент скорости.

В связи с вышеупомянутым, коэффициент кинетической энергии или

коэффициент Кориолиса в уравнении Бернулли при турбулентном движении

принимаем равным , т.е. распределение скоростей более равномерное.