Тончайшая пленка

Несмотря на непрерывно развивающуюся технику экспериментирования, еще очень мало известно о действительных условиях движения вблизи стенки в турбулентном потоке; в значительной мере это объясняется тем, что гипотеза о ламинарном подслое приводила к кажущемуся решению вопроса.

Несомненно, что при приближении к стенке имеют место значительные градиенты скорости и влияние вязкости на процесс движения возрастает. Однако это не означает, что там вовсе исчезают вихри и отсутствуют турбулентные пульсации, так как пристенная область потока не отделена непроницаемой перегородкой от центральной зоны, а находится с ней в непрерывном взаимодействии. Разложение текущей среды на отдельные зоны с совершенно различными физическими закономерностями (турбулентное ядро течения и ламинарный подслой) является лишь моделью, которую принял Прандтль для упрощения выводов. С помощью этой модели были получены зависимости для профиля скоростей и коэффициента трения гидравлически гладких и вполне шероховатых трубах, достаточно хорошо подтвердившихся опытами. Вместе с тем модель Прандтля вносит заметные искажения в исследование турбулентного течения в трубах (расхождение формул с опытами вблизи стенок и при малых числа, так называемая игра констант и т. д.) и не позволяет установить (что весьма существенно) закономерности течения жидкости в наиболее важной для практики переходной зоне между гидравлически гладким и шероховатым трением.

Ниже приводится (по А. Д. Альтшулю) вывод зависимостей для распределения скоростей и коэффициента гидравлического трения при турбулентном движении в трубах, не прибегая к схеме Прандтля или к какой-либо специальной гипотезе о характере движения вблизи стенки.

Вывод основных закономерностей равномерного турбулентного течения в трубах

Рассмотрим установившееся равномерное турбулентное движение жидкости в трубе круглого сечения со средней высотой влияния выступов шероховатости. При этом будем исходить из уравнения для касательного напряжения при турбулентном течении.

См. также:  Результаты новейших исследований