Строение газовых вихрей
111
так как продольная (в направлении оси х) скорость vx меняется по мере удаления, от стенки, т.е. увеличения величины z. Тем не менее, вихря как такового при подобном течении может и не быть, хотя предпосылки для появления турбулентности созданы именно благодаря разностям скоростей течения на разных расстояниях от стенки (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Распределение скоростей в пограничном слое плоской пластины.
В гидромеханике, как известно, принято различать ламинарное, турбулентное и вихревое движения, переход от одного из них к другому определяется числом Рейнольдса Re:
Re = vl/c, (4.3)
где v - скорость течения среды; l — характерный линейный размер; С — кинематическая вязкость среды.
Как показано в работах [8, 18 — 21 и др.], переход от ламинарного движения к турбулентному начинается от значений чисел Рейнольдса порядка 2000 (по исследованиям самого Рейнольдса от 2300), однако возникающие турбулентности не обязательно сопровождаются поворотом (вращением) частиц среды. При более высоких значениях числа Рейнольдса турбулентность становится устойчивой. Если же при таких значениях чисел Рейнольд¬
112
Глава 4.
са происходит поворот частиц среды, то движение становится вихревым.
Устойчивое и непрерывное вихреобразование может происходить лишь при вовлечении в процесс некоторого минимального объема эфира и обеспечения некоторого минимального градиента скоростей при соударении струй.
При движении потоков газа относительно других потоков или покоящихся масс на границах потоков возникает пограничный слой, в котором возникает градиент скоростей [22]. В пограничном слое имеет место снижение температуры, так как
Т= Т» —л/Pr u2/2cp , (4.4)
где Pr — число Прандтля, равное
Pr = Tjcp/кт; (4.5)
где и — скорость границы пограничного слоя; cP — теплоемкость среды при постоянном давлении; h — динамическая вязкость; kT — коэффициент теплопроводности.
Наличие градиента скоростей эквивалентно в каждой точке среды наличию двух противоположно направленных потоков.
Уменьшение температуры приводит к уменьшению в пограничном слое коэффициента динамической вязкости [18, с. 285, 316—318; 22], так как
h Т ?
— = ( — ) ; 0,5 < z < 1, (4.6)
ho Т0
что в свою очередь повышает стабильность вихревого образования, поскольку энергия, передаваемая им соседним слоям внешней среды, уменьшается (рис. 4.2).
