ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК ЖИДКОСТИ ПО НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

В работе найдены распределения скоростей и давления в турбулентном потоке жидкости по наклонной плоскости под действием силы тяжести.
1. Постановка задачи. Рассмотрим плоское стационарное турбулентное движение жидкости по наклонной плоскости под действием силы тяжести [1]:
, , ,
. (1)
Здесь , - проекции средней скорости частиц жидкости на оси Ox, Oz; , , - составляющие тензора напряжений в осредненном движении жидкости:
, , , (2)
где - осредненное гидродинамическое давление.
Функции Rxx, Rxz, Rzz - добавочные напряжения Рейнольдса, представляющие суммарный эффект всех беспорядочных отклонений скоростей , от их средних значений , . Функции , - сглаженные нелинейные слагаемые ускорения, порожденные отклонениями скоростей , от их средних значений , . Далее ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного движения, μ - коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости), , ν - кинематический коэффициент вязкости. Начало координат выбрано на неподвижной плоскости Oxy, наклоненной к горизонту под углом . Ось Oy - горизонтальна, ось Oz направлена перпендикулярно к плоскости вверх, ось Ox лежит в плоскости и направлена вниз по направлению потока.
Считаем, что турбулентное движение жидкости в среднем происходит в направлении оси Ox и, что средняя скорость этого движения существенным образом зависит лишь от координаты z: , , . В этом случае наиболее существенным из добавочных напряжений является лишь [1]. То есть, полагаем Rxx=0, Rzz=0. Во многих источниках указывается, что турбулентное трение намного больше внутреннего трения. Поэтому полагаем , , , то есть, фактически рассматриваем турбулентное движение идеальной жидкости без учета внутреннего трения.
Уравнение неразрывности для средних скоростей , и их пульсаций , имеют вид
, . (3)
Из первого уравнения (3) при выводим, что .
С учетом всех допущений, предположений и выводов из (1) следует
, . (4)
Эти уравнения выполняется в области , где h - толщина потока. Согласно [1] имеем:
, . (5)
Постоянная k определяется из эмпирических данных.
Считаем, что сверху поток ограничен свободной поверхностью, на которой выполняется динамическое условие равенства нормального напряжения в жидкости атмосферному давлению p0. Кинематические условия на свободной поверхности и на дне выполняются автоматически, так как мы полагаем .
Поскольку внутреннее трение не учитывается, то полагаем, что при z=0 касательная к профилю средней скорости направлена перпендикулярно к оси Oz. Это объясняется тем, что при учете вязкости вблизи стенки возникает ламинарный подслой, толщина которого много меньше толщины турбулентного потока, и потому, функция является функцией большого градиента, так как она на малом интервале переменной z меняется от нуля до конечного значения.
Зададим еще расход жидкости через поперечное сечение потока и значение скорости на свободной поверхности.
Итак, к системе (4), (5) формулируем следующее граничное условие:
, , , , , z=0. (6)
2. Решение задачи (1), (4)-(6). Из второго уравнения в (4) с учетом первого условия в (6) находим . Подставляем его в первое уравнение в (4), выводим
, . (7)
Из (5), (7) находим
. (8)
Интегрируя (8) с учетом последнего условия в (6), получаем представление для :
. (9)
Интегрируя (9) с учетом второго условия в (6) находим через
, (10)
, .
Вычисляя расход по третьей формуле в (6) и считая его известным, выводим уравнение для определения
, (11)
.
Формулы для , (z) и значения , найденное из (11) дают решение поставленной задачи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика, ч. II, м., физматгиз 1963 г., 728с.
Статья в формате PDF
106 KB...
24 05 2026 14:15:35
Статья в формате PDF
477 KB...
23 05 2026 6:12:23
Статья в формате PDF
131 KB...
22 05 2026 8:14:47
Статья в формате PDF
155 KB...
21 05 2026 17:43:29
Статья в формате PDF
124 KB...
20 05 2026 4:41:12
Статья в формате PDF
111 KB...
19 05 2026 2:43:12
Статья в формате PDF
104 KB...
18 05 2026 17:29:21
Статья в формате PDF
256 KB...
17 05 2026 4:51:24
Статья в формате PDF
262 KB...
16 05 2026 5:39:27
Статья в формате PDF
124 KB...
15 05 2026 22:15:55
Статья в формате PDF
294 KB...
14 05 2026 9:56:23
Статья в формате PDF
2874 KB...
13 05 2026 6:32:18
Статья в формате PDF
102 KB...
12 05 2026 13:56:22
10 05 2026 8:46:39
Статья в формате PDF
111 KB...
09 05 2026 12:16:28
Статья в формате PDF
104 KB...
08 05 2026 20:27:56
Статья в формате PDF 108 KB...
06 05 2026 6:23:25
Статья в формате PDF
105 KB...
05 05 2026 15:39:14
04 05 2026 0:39:28
Статья в формате PDF
196 KB...
03 05 2026 18:20:27
Статья в формате PDF
107 KB...
02 05 2026 10:32:51
Статья в формате PDF
113 KB...
01 05 2026 18:13:52
Статья в формате PDF
121 KB...
30 04 2026 16:43:22
Статья в формате PDF
188 KB...
29 04 2026 20:45:49
28 04 2026 19:13:23
Статья в формате PDF 151 KB...
27 04 2026 1:55:16
Статья в формате PDF
102 KB...
26 04 2026 12:13:42
Статья в формате PDF
329 KB...
25 04 2026 20:18:38
Статья в формате PDF
120 KB...
24 04 2026 16:12:56
Статья в формате PDF
124 KB...
23 04 2026 10:22:44
Статья в формате PDF
144 KB...
22 04 2026 18:23:52
Статья в формате PDF
293 KB...
21 04 2026 19:49:47
Статья в формате PDF
123 KB...
20 04 2026 3:10:45
Статья в формате PDF
987 KB...
19 04 2026 20:19:36
Статья в формате PDF
285 KB...
17 04 2026 14:19:42
Статья в формате PDF
137 KB...
16 04 2026 18:23:52
Статья в формате PDF
104 KB...
15 04 2026 18:11:45
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::