Продольно-однородные осредненные турбулентные потоки

Description

В монографии изложена новая трактовка многих из известных положений гидравлики продольно-однородных осредненных турбулентных потоков. Основополагающим является утверждение о наличии вблизи гладкой стенки тонкого слоя, в котором коэффициент турбулентной вязкости величина отрицательная. Из прикладных результатов главным является сквозная для всех зон сопротивлений формула распределения осредненных скоростей. Монография рассчитана на широкий круг читателей: инженеров, специализирующихся на расчетах трубопроводных систем, научных работников, студентов, магистрантов и аспирантов технических вузов и может служить своеобразным путеводителем по изучению различных аспектов продольно-однородных турбулентных течений. ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. КОНСПЕКТ ОСНОВОПОЛАГАЮЩИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИИ И ПОНЯТИИ 1.1. Жидкости. Их основные свойства 1.2. Режимы движения жидкости 1.3. Величины, характеризующие движение жидкости 1.4. Турбулентное движение жидкости 1.5. Уравнения, используемые при анализе движения жидкостей и газов 1.6. Модели потоков жидкости 1.7. Твердые поверхности. Граничные условия 1.8. Криволинейные координаты и их использование 1.9. Альтернативный способ разложения актуальной скорости. Новое представление кинематической турбулентной вязкости 1.10. О турбулентной вязкости 2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ РАЗДЕЛОВ ГИДРАВЛИКИ 2.1. Примеры моделей продольно-однородных течений 2.2. Турбулентные продольно-однородные течения 2.3. Турбулентность. Так что же это такое? 2.4. Механизм поддержания турбулентности 2.5. Энергия, потребная для поддержания турбулентности 2.6. К проблеме устойчивости ламинарных течений 3. КРАТКИИ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИИ В КРУГЛЫХ ТРУБАХ И ПЛОСКИХ КАНАЛАХ 3.1. Общие сведения 3.2. Исследование потерь на трение в трубах и каналах 3.3. Исследования распределения осреднённых скоростей в трубах и каналах 3.3.1. Исследование распределения осреднённых скоростей в каналах 3.3.2. Исследование распределения осреднённых скоростей в трубах 3.3.3. Развитие представлений о влиянии степени шероховатости русел 3.3.4. Исследования распределения осреднённых скоростей в пограничном слое на плоской пластине при нулевом градиенте давления 4. О ТУРБУЛЕНТНОМ (БУССИНЕСКОВОМ) КИНЕМАТИЧЕСКОМ КОЭФФИЦИЕНТЕ ВЯЗКОСТИ 4.1. Понятие о турбулентном кинематическом коэффициенте вязкости 4.2. Роль касательных и нормальных турбулентных напряженийв поддержании турбулентности 4.3. Современные представления о возможности существования отрицательной турбулентной вязкости 4.4. Теорема о существовании вблизи гладкой стенки в продольно-однородном турбулентном потоке слоя жидкости с отрицательной турбулентной вязкостью 4.4.1. Анализ граничных условий на гладкой стенке. Теорема 4.4.2. Второй метод доказательства существования отрицательной турбулентной вязкости 4.4.3. Экспериментальные подтверждения существования слоя с контрградиентным течением у гладкой стенки в продольно-однородных турбулентных потоках 4.5. Расширение теоремы о существовании вблизи гладкой стенки в плавноизменяющемся турбулентном потоке слоя жидкости с контрградиентным течением 4.6. Еще раз об отрицательной турбулентной вязкости 4.7. Квадрантный анализ возможных соотношений роли касательных турбулентных напряжений в продольно-однородных течениях 4. 7.1. Экспериментальные исследования Е.М. Хабахпашевой и др. [133] 4. 7.2. Исследования Джира и Шмида [174] 4.8. Влияние неравномерности турбулентного плавноизменяющегося течения при гладких стенках на роль турбулентных касательныхи нормальных напряжений 4.9. Трактовка модели строения продольно-однородного потока при гладких стенках с учетом результатов квадрантного анализа перемежаемости турбулентных напряжений 4.10. Экспериментальные данные о распределении турбулентной вязкости в продольно-однородных потоках 4.11. Построение модели распределения турбулентной вязкости по нормали к гладкои стенке в продольно-однородных потоках 4.12. Теорема о точке переrиба 5. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ОСРЕДНЕННЫХ СКОРОСТЕЙ В ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНЫХ ПОТОКАХ ПРИ ГЛАДКИХ СТЕНКАХ 5.1. Некоторые сведения о коэффициенте Дарен 5.1.1. Исходные данные для решения задачи. Оценка формулы Кольбрука - Уайта для определения λ 5.1.2. О примепимости формулы Кольбрука - Уайта к плоским потокам 5.2. Возможные подходы к решению задачи 5.3. Генерирование идей о распределении турбулентной вязкости и поправок к ним 5.4. Результаты решения задачи о распределении осредненных скоростей с использованием предлагаемои модели распределения турбулентной вязкости 5.4.1. Распределение скоростей в пристенном слое 5.4.2. Распределение скоростей во внутренней зоне турбулентного ядра 5.4.3. Распределение скоростей во внешней зоне турбулентного ядра 5.5. Распределение осредненных скоростей в продольно-однородных плоских потоках при гладких стенках 5.6. Решение задачи о распределении осредненных скоростей в продольно-однородных потоках при шероховатых стенках 5.7. Построение сквозной формулы для распределения осредненных скоростей, применимои для всех зон сопротивления 5.8. Условия, удовлетворяемые новой универсальной формулой 6. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСХОДА, СРЕДНЕЙ И МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ И СКОРОСТИ НА ГРАНИЦЕ ПРИСТЕННОГО СЛОЯ 6.1. Формулы для расхода, средней и максимальной скорости при гладких стенках 6.1.1. Формулы для расхода, средней и максимальной скорости для гладких труб 6.1.2. Соотношение для средних и максимальных скоростей в плоских продольно-однородных течениях при гладких стенках 6.1.3. Соотношение для средних и максимальных скоростей при шероховатых стенках 6.1.4. Случай погранслойного течения на плоской пластине при нулевом градиенте давления 6.2. Метод определения параметров турбулентности a и А для продольно-однородных течении 6.3. Алгоритм вычислительного эксперимента 7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНЫХ ТЕЧЕНИЙ 7.1. Цель и задачи вычислительноrо эксперимента 7.2. Результаты вычислительного эксперимента с продольно-однородными течениями в круглых трубах 7.3. Результаты вычислительного эксперимента с продольно-однородными течениями при наличии свободной поверхности 8. РЕЗУЛЬТАТЫ СОПОСТАВЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ С ОПЫТНЫМИ ПО ПРЕДЛАГАЕМЫМ ФОРМУЛАМ 8.1. Методика сопоставления расчетных и опытных данных 8.2. Сопоставление расчетных и опытных данныхв случае круглых труб 8.2.1. Круглые гладкие трубы 8.2.1.1. Сопоставление расчетных данных с опытными,полученными И. Никурадзе для гладких труб 8.2.1.2. Сопоставление расчетных данных с опытами М.В. Загаролы 8.2.2. Круглые трубы при доквадратичной зоне сопротивления 8.2.2.1. Сопоставление с опытными данными МИИГС 8.2.2.2. Сопоставление с экспериментальными данными Ф.А. Шевелева 8.2.2.3. Проверка неизменности эпюры безразмерных осредненных скоростей при квадратичном сопротивлении по опытным данным Ф.А. Шевелева 8.2.3. Круглые «шероховатые» трубы 8.2.3.1. Сопоставление с опытными данными И. Никурадзе 8.2.3.2. Сопоставление с данными Альтшуля 8.3. Сопоставление расчетных и опытных данных в случае течений со свободной поверхностью в плоских каналах 8.3.1. Исследования А. Томинаги и И. Незу 8.3.2. Опыты В. Роди и И. Незу 8.3.3. Исследования А.Х. Кардосо и Г. Гаста 8.3.4. Исследования П. Приноса и А. Цериса [201] 8.4. Сопоставление расчетных и опытных данных в случае поrранслойных течений 8.4.1. Сопоставление с опытными данными Остерлунда при нулевом градиенте давления 8.5. Некоторые дополнительные результаты сопоставления расчетных и опытных данных 8.5.1. Исследования Эккельмапа 8.5.2. Исследования А.Гюнтера 8.5.3. Исследования Д. Сабота 8.5.4. Сопоставления с данными Ф. Дурста, Ж. Иовановича и Ж. Сендера 9. СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНЫХ ТЕЧЕНИЙ 9.1. Об эквивалентной шероховатости 9.1.1. Существующие методы определения эквивш~ентнойшероховатости 9.1.2. Критический анализ существующего метода определения эквивалентной шероховатости 9.1.3. Трубы с естественной или неравнозернистой шероховатостью 9.1.4. О практическом значении уточнения понятия эквивалентной шероховатости 9.1.5. Трубы с искусственной шероховатостью 9.1.6. Плоские равномерные потоки 9.1. 7. Открытые русла с искусственной шероховатостью 9.1.8. Выводы 9.1.9. О необходимой точности представления данных об эквивалентной шероховатости 9.2. К выбору положения плоскости отсчета расстояния от стенки 9.3. О допустимой высоте шероховатости 9.4. О трансформации эпюры осредненных скоростей в продольно-однородных турбулентных потоках 9.5. К вопросу о масштабах длин и скоростей в различных зонахпродольно-однородных турбулентных потоков 9.6. К одноточечному способу измерения расходовв продольно-однородных потоках 9.7. О распределении температуры в турбулентных продольно-однородных потоках 9.7.1. Существующая методика расчета распределения температуры (по Карману) в турбулентных потоках 9.7.2. Расчет распределения температуры в круглой гладкостенной трубе 9.7.3. Расчет распределения осредненной температуры по Т. Карману 9.8. О возможности управления отрицательной турбулентной вязкостью 9.9. О возможности использования формул для определения параметров течения в круглых трубах при расчетах равномерных открытых потоков 9.10. Об универсальной константе Кармана и дефиците средней скорости 9.10.1. О константе Кармана 9.10.2. О дефиците средней скорости 9.11. О турбулентной вязкости вблизи оси трубы или свободной поверхности 9.12. Зоны переходного и квадратичного сопротивления 9.13. О соотношении средних и максимальных скоростей 9.14. О соотношении относительной шероховатостии коэффициента шероховатости n 9.15. О трансформации эпюры касательных напряжений в продольно-однородных потоках при гладких стенках 9.16. Прогноз возможной трансформации эпюр касательных напряжении и осредненных скоростеи при ν_T < -ν 9.17. Современные представления о процессах, происходящих в пограничном слое 9.18. Гипотеза о процессах, происходящих в слоях контрградиентного течения в продольно-однородных турбулентных потоках ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О ПРЕДЛАГАЕМОQ АВТОРАМИ МОДЕЛИ ТУРБУЛЕНТНОГО ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНОГО ПОТОКА БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ 1. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНЫХ ПОТОКОВ 2. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСРЕДНЕННЫХ СКОРОСТЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЗОНАХ ПРОДОЛЬНО-ОДНОРОДНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА АЛГОРИТМ РАСЧЁТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСРЕДНЁННЫХ СКОРОСТЕЙ В ТУРБУЛЕНТНОМ ЯДРЕ 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРОГРАММНА A/Я VISUAL BASIC 4. ПРИМЕРЫ РАСПЕЧАТОК, ВЫДАВАЕМЫХ ПЭВМ ПРИ РАСЧЕТАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРОГРАММ «ПРОГРАММА 5» И «ПРОГРАММА 6». 4.1. РАСПЕЧАТКА РЕЗУ ЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОЙ «ПРОГРАММЫ 5» 4.2. РАСПЕЧАТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМУНИВЕРСАЛЬНОЙ «ПРОГРАММЫ 6» 4.3. РАСПЕЧАТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМУНИВЕРСАЛЬНОЙ «ПРОГРАММЫ 7» 5. ПРИМЕРЫ ГРАФИЧЕСКОИ ЧАСТИ РАСПЕЧАТОК ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОГРАММ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ НА А/Я VISUAL BASIC ОГЛАВЛЕНИЕ