ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ЯВЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕНОСА В ПОТОКЕ

Наличие поперечных пульсаций скоростей очень существенно для механики турбулентного потока. Под действием поперечных компонен-

91

Тов пульсационной скорости между слоями имеет место обмен молями жидкости, т. е. в потоке происходит перемешивание. Моли газа при перемещении из однОго слоя в другой одновременно переносят и состав­ляющее их вещество, и присущие им энтальпию и количество движения.

Поэтому если в потоке имеются газы различного состава или какие - либо примеси, неравномерно распределенные в потоке, или имеется не­равномерное распределение скорости или температуры, то в результате обмена масс движущегося потока выравнивается распределение приме­сей, температур, скоростей или других субстанций потока, т. е. происхо­дит перемешивание. Это явление называется турбулентным пере­нос о м.

Перенос количества движения создает турбулентное трение между слоями; перенос примесей обусловливает турбулентную диффузию этих примесей; перенос тепла — турбулентную теплопроводность.

Так как явления турбулентного переноса имеют один и тот же вну­тренний механизм, то коэффициенты турбулентной диффузии £>т, темпе­ратуропроводности ат и кинематической вязкости -т по своей величине одного порядка, а интенсивность явлений турбулентного переноса про­порциональна произведению длины пути смешения на скорость пуль - сационного движения, т. е.

(6-26)

Величину єт, м2/с, называют коэффициентом турбулент­ного обмена, эта величина в силу переменного характера /т и II' то­же переменна, зависит от гидродинамических условий и поэтому явля­ется функцией координат и степени турбулентности.

Турбулентное движение является неупорядоченным, в нем некото­рые моли газа исчезают, возникают новые, изменяются их величина и скорость, в среднем оставаясь как бы неизменным. Турбулентное Дви- жение »характеризуется средними по времени значениями ет, /т и]/(/'2.

Величины /т и и' независимы друг от друга. Поэтому даже в пото­ках с одинаковым коэффициентом турбулентного обмена /т и V' могут быть разными, тогда как их произведение будет одинаковым. В связи с этим различают два типа турбулентности: мелкомасштабную турбу­лентность с большей величиной пульсации и малой длиной /т и крупно­масштабную турбулентность с крупными объемами молей и малой ве­личиной пульсации скорости.

Сравнивая процессы турбулентного и молекулярного переноса, сле­дует заметить, что пульсационная скорость гораздо меньше скорости молекулярного движения, но длина пути смешения намного больше, чем длина свободного пробега молекул. Кроме того, в турбулентном потоке перемешивание осуществляется благодаря пульсационному движению частиц, обладающих значительной массой, поэтому в турбулентном по­токе явления переноса протекают значительно интенсивнее, чем явле­ния молекулярного переноса. Турбулентная диффузия совершается зна­чительно интенсивнее молекулярной диффузии, турбулентная теплопро­водность значительно больше молекулярной теплопроводности, наконец, касательные напряжения в турбулентном потоке во много раз больше напряжения сил трения при вязком сопротивлении.