2014-02-05
8243
ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ
Лекция 7
Механизм турбулентного движения значительно сложнее, чем ламинарного. При турбулентном режиме частицы жидкости беспорядочно перемешиваются между собой, а скорости в любой точке потока непрерывно изменяются по величине и направлению около некоторого среднего значения. Это явление носит название пульсации скорости (рис.). Скорость в данный момент времени в данной точке турбулентного потока называется местной мгновенной скоростью и. Средняя по времени скорость в данной точке называется местной осредненной скоростью 
. Осредненная скорость в любой точке может быть определена как
,
где Т – отрезок времени, на котором проводится усреднение.
Величина осредненной скорости представляет собой высоту прямоугольника шириной Т, равновеликого фигуре, ограниченной осями координат, ординатой t и кривой, характеризующей изменение мгновенной скорости по времени.
Введение понятия осредненной скорости в точке позволяет считать турбулентный поток квазиустановившимся, т. е. условно уста новившимс я. В этом случае сохраняются такие понятия, как линия тока, элементарная струйка, средняя скорость в живом сечении. При турбулентном движении можно так же, как и при ламинарном, применять уравнения неразрывности движения и уравнение Бернулли. Влияние же режима движения может быть отражено зависимостями для потерь энергии, которые из-за турбулентных пульсаций будут отличаться от потерь энергии при ламинарном режиме.
Разность между мгновенной и осредненной скоростью в точке u´ называется пульсационной скоростью или просто пульсацией
Так как скорость и давление связаны уравнением Бернулли, то пульсация скорости приводит к соответственной пульсации давления.
Выше уже говорилось, что введение понятия осредненной местной скорости позволяет применять к турбулентному потоку основные понятия и уравнения движения жидкости без учета пульсации скоростей. Однако в действительности пульсация существует и влияет на значения касательных напряжений в турбулентном потоке и на соответствующие потери энергии, входящие в уравнение Бернулли.
В турбулентном потоке, кроме касательных напряжений, обусловленных турбулентным перемешиванием частиц, проявляются силы вязкости (внутреннего трения), обусловленные сцеплением частиц между собой, а также сцеплением между потоком и стенками русла
Если ось ox направить вдоль движения, то
,
– турбулентная вязкость,
– динамическая вязкость.
Турбулентная вязкость в отличие от динамической учитывает не молекулярную структуру жидкости, а особенности турбулентного режима движения. Величина не является постоянной для всех точек потока и зависит от кинематических характеристик в этих точках и, следовательно, числа Рейнольдса Rе. Пульсации скорости и'х и и'у возрастают с ростом последнего, поэтому возрастает и турбулентная вязкость , которая при большой степени турбулентности во много раз больше вязкости динамической (> ), влиянием которой на касательные напряжения в этом случае можно пренебречь. В таком потоке вязкостные силы незначительны по сравнению с инерционными.
При меньшей степени турбулентности величина динамической вязкости соизмерима с турбулентной вязкостью и при определении касательных напряжений и, следовательно, потерь напора необходимо учитывать как вязкостные, так и инерционные силы.
