ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ И ТУРБУЛЕНТНОЕ ЯДРО

Вследствие свойства прилипания жидкости к стенке скорость жидкости от максимальной на оси трубы при г = 0 переходит к нулю на стенке трубы. Пульсационные характеристики также уменьшаются и на некотором расстоянии 5 от стенки пульсации становятся равными нулю. В цилиндре радиусом R8 наблюдается турбулентный режим течения жидкости. Движение жидкости у стенки определяется вязкостью жидкости и называется вязким подслоем.

На рис. 6.6 представлена двухслойная модель турбулентного потока жидкости (или газа). В цилиндре радиусом R - 5 наблюдается развитый турбулентный поток, который называется турбулентным ядром потока. Цилиндрический слой R — 5 до R, где наблюдается ламинарное течение, называют диффузионным вязким подслоем.

Профиль средней скорости, турбулентное ядро и вязкий подслой при турбулентном течении жидкости

Рис. 6.6. Профиль средней скорости, турбулентное ядро и вязкий подслой при турбулентном течении жидкости

ПЕРЕХОДНЫЙ РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПРИ БОЛЬШИХ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ КОРОТКИХ ПАТРУБКОВ

В параграфе 6.1 рассматривались опыты Рейнольдса при стационарном течении жидкости. В экспериментальной трубе нет значительных местных сопротивлений. В параграфе 5.2 рассматривалось течение в коротком патрубке с диафрагмой переменного сечения, которое образует модулятор. В коротком модуляторе основное гидравлическое сопротивление определяется диафрагмой, но при малых скоростях в уравнении (5.2.13) роль гидравлического сопротивления по длине патрубка может быть существенной относительно квадратичного члена (5.2.14).

Переходный режим периодического течения жидкости, в частности, через модулятор с ненулевым расходом (см. рис. 5.4), определяется степенью отклонения ц/, равной отношению разности максимальных скоростей vmaxoo, вычисленному при Re -> когда коэффициент гидравлического сопротивления (5.2.14) по длине патрубка модулятора стремится к нулю (относительно суммы коэффициентов местного гидравлического сопротивления), и vmax, которое вычисляется при учете коэффициента гидравлического сопротивления по длине модулятора и суммы коэффициентов местных гидравличских сопротивлений, к vmaxoo. При прочих равных геометрических и режимных к, рр, Аррк) параметрах модулятора

На рис. 6.7 представлена зависимость величины критического значения критерия Рейнольдса:

от относительной величины зазора между ротором и статором при различных критериях гомохронности.

Здесь Dr — гидравлический диаметр патрубка; р — коэффициент динамической вязкости жидкости; Ар — разность давлений жидкости с плотностью р на модуляторе. Критерий Re и другие параметры модулятора, максимальный коэффициент гидравлического сопротивления ^кв тах, которое определяется минимальной шириной диафрагмы 8, равной величине зазора между ротором и статором (см. рис. 5.3) и временем установления течения жидкости в модуляторе, который характеризуется критерием гомохронности:

где t0 — время открывания патрубка статора; v0 = (2Ap/p)J/2 — скорость стационарного истечения идеальной жидкости через модулятор (формула Торричелли); / — длина патрубка (5.2.13).

Зависимость критической величины критерия Рейнольдса при турбулентном режиме течения жидкости в модуляторе от относительной величины зазора при степени отклонения ц/ = 0,05 и Но

Рис. 6.7. Зависимость критической величины критерия Рейнольдса при турбулентном режиме течения жидкости в модуляторе от относительной величины зазора при степени отклонения ц/ = 0,05 и Но:

7 — 10; 2 — 100

При средней скорости, не равной нулю, устойчивость переходного нестационарного течения при максимальных коэффициентах гидравлического сопротивления (малых 8) наступает уже при значениях Re < 1000 (600 ч- 80). Причем критерий Рейнольдса (6.4.2) определяется не средней скоростью и даже не максимальной скоростью за период истечения жидкости через модулятор, а скоростью Торричелли (2Д/)/р)1/2, которую могла бы достичь идеальная жидкость при установившемся стационарном течении. Если учесть, что средняя скорость за период модуляции в 2—15 раз меньше Торричеллиевой, то уже при Re = 40 + 300 будет наблюдаться переходный режим течения от ламинарного к турбулентному. Этим и объясняется то, что роторные аппараты с модуляцией площади проходного сечения являются хорошими перемешивающими устройствами.

В мешалках для интенсификации также искусственно увеличивают местные сопротивления путем установления отбойных перегородок, выполнением отверстий в лопастях, изменяют форму лопаток и т.д. Для улучшения, например, массопереноса используют

гофрированные трубы, которые также способствуют турбулизации потока и увеличивают интенсивность турбулентности, т.е. относительную скорость пульсации обрабатываемой жидкости [27].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >