Альбом течений жидкости и газа - Ван-Дайк М.
Скачать (прямая ссылка):
78
129. Вихри Тейлора между сферами.
При отношении радиусов сфер 0,95, когда внешняя сфера неподвижна, а внутренняя вращается с числом Re = 7600, алюминиевые частицы в силиконовом масле позволяют видеть ламинарные вихри вблизи экватора. [Sawatzki, Zie-rep, 1970]
130. Спиралевидная турбулентность между цилиндрами, вращающимися в противоположные стороны. Показанная здесь структура из чередующихся ламинарных и турбулентных спиралей, напоминающая «знак парикмахерской» и впервые обнаруженная Коулзом, была образована путем первоначального придания вращения внешнему цилиндру от состояния покоя до Re = 10000 (рассчитано по внешнему радиусу), а затем медленного ускорения внутреннего цилиндра вплоть до Re = 4200 (рассчитано по внутреннему радиусу). Фото М. Gorman, Н. L. Swinney
131. Осесимметричные турбулентные вихри Тейлора. Условия совпадают с теми, которые соответствуют фото 127 и 128, однако скорость вращения в 1625 раз больше критической. Внезапное начало вращения создает первоначально хаотическое движение, однако в течение минуты возникает видная на снимке регулярная стационарная турбулентная структура. [Koschmieder, 1979]
79
132. Спиральные вихри на вращающемся диске.
Диск диаметром 40 см вращается против часовой стрелки в воздухе со скоростью 1800 об/мин. Газ, вьщеляющийся из четыреххлористого титана, нанесенного на окрашенную в черный цвет поверх-
ность, наблюдается с помощью стробоскопического устройства. Пограничный слой, ламинарный вблизи центра диска, претерпевает переход, осуществляющийся ориентировочно через 32 вихря. [Kobayashi, Kohama, Takamadate, 1980]
133. Спиральные вихри на вращающейся сфере. Сфера диаметром 25 см вращается в воздухе со скоростью 1500 об/мин с вектором угловой скорости, направленным влево. Стробоскопическое наблюдение газообразного четыреххлористого титана показывает, что, как и на предыдущем снимке для диска, в области перехода пограничного слоя на сфере появляются спиральные вихри. Белая радиальная линия используется для синхронизации стробоскопа. Фото Y. Kohama, R. Kobayashi
80
134. Спиральные вихри на конусе, вращающемся в потоке. Конус с полууглом раствора 15° и диаметром основания 20 см вращается со скоростью 700 об/мин в осевом воздушном потоке, имеющем
скорость 2,9 м/с. Видно, что по мере развития спиральных вихрей они приобретают кружевную структуру. Фото R. Kobayashi, Y. Kohama, М. Kurosawa
135. Одновременно проявляющиеся волны Толлмина-Шлихтинга и спиральные вихри. На экспериментах с вращающимся телом в дымовой аэродинамической трубе видно, что здесь налагаются две моды неустойчивости. Число Рейнольдса, рас-
считанное по длине, примерно равно 1 млн, а окружная скорость на поверхности цилиндрической части составляет 0,61 от скорости свободного потока. [Mueller, Nelson, Kegelman, Morkovin, 1981]
81
6-839
136. Конвекция во вращающемся цилиндре. Структура течения во вращающейся «сковороде-кастрю-ле», нагретой по внешней границе и охлажденной в центре, удивительно похожа в своих основных чертах на структуру земной атмосферы в средних широтах. Здесь слой воды глубиной 4 см в цилиндре диаметром 19,5 см вращается против часовой стрелки, совершая 30 об/с, и нагревается при но-
минальной мощности 150 Вт на внешней границе. Фото отрезков траекторий алюминиевых частиц на свободной поверхности демонстрирует узкие струйки, а также широкий спектр нерегулярных вихрей. Общая структура течения напоминает карту погоды полушария для верхней тропосферы. [Fultz et al., 1959]
137. Конвекция во вращающейся кольцевой области. Волновые и струйные движения, показанные на предыдущем снимке, становятся значительно более регулярными и периодическими, когда вращающаяся жидкость сосредоточена в кольцевой области, ограниченной центральным ядром. За пределами границы устойчивости наблюдаются симметричные движения, а большую часть внутренней области занимают стационарные или периодически флуктуирующие волны. При усилении вращения волновые числа волн во внутренней области становятся последовательно все больши-
ми. Приведенные здесь фотографии демонстрируют две фазы самопроизвольной периодической флуктуации (период соответствует 16 оборотам), происходящей в пятиволновой системе в слое воды глубиной 7 см между цилиндрами с радиусами 19,5 и 7,8 см при угловой скорости вращения 0,50 с-1. Номинальная мощность нагрева составляет 80 Вт на внешней границе и 15 Вт на внутреннем ядре. Волны медленно распространяются в направлении против часовой стрелки по отношению к сосуду. [Fultz, Spence, 1967]
138. Конвекция во вращающейся кольцевой области при отрицательном градиенте температуры в радиальном направлении. Здесь ядро на 15° теплее, чем внешняя граница. Барок линная неустойчивость приводит к образованию четырех волн, визуализированных с помощью алюминиевого порошка, плавающего в воде. Вращение происходит в направлении против часовой стрелки. Диаметры кольца равны 5 и 10 см, а глубина слоя воды равна 10 см. Угловая скорость составляет 2,5 рад/с. [Koschmieder, 1972]
