утністю представницької теорії неоднорідною пристенной турбулентності.
Для розуміння фізичної природи ефекту зниження опору і побудови раціональних схем розрахунку турбулентних течій з добавками необхідно знати особливості їх впливу на структуру пристенной турбулентності. Вивчення характерних властивостей турбулентної структури важливо також з погляду оптимального використання добавок в технічних додатках.
До теперішнього часу досить повно вивчено вплив добавок полімерів на розподіл профілів швидкості і турбулентні характеристики. Інформація про зарубіжних роботах цього напрямку міститься в оглядах/10? 14 /.
Необхідно відзначити, що перші досліди по дослідженню турбулентних течій з полімерними добавками були виконані за допомогою трубок Піто і термоанемометра. Проте подальші експерименти розкрили певні недоліки цих приладів. Зокрема, в розчинах полімерів трубки Піто невеликого діаметра (менше 2,5 - 3 мм) дають занижені показання, що обмежує їх можливості при проведенні вимірювань в пристенной області/12 /. При термоанемометрический вимірах виникають аномальні сигнали./12 /, циліндричні та клиновидні датчики в полімерних розчинах мають дуже низькі значення коефіцієнтів тепловіддачі/12 /. Крім того, в процесі експерименту спостерігався тимчасовий хід показань термоанемометра/12 /.
Зазначені недоліки трубок Піто і термоанемометра обмежують їх застосування для вимірювання осереднених і пульсаційних швидкостей в потоках з добавками. Дана обставина стимулював роботи з розробки та застосування для дослідження структури течій з добавками безконтактних методів вимірювання гідродинамічних величин. Найбільш перспективними з них виявилися метод стробоскопической візуалізації потоку і ОДІС - метод (лазерна доплеровскяа анемометрія), за допомогою яких були виміряні профілі середньої швидкості і турбулентні характеристики в розчинах полімерів по всьому перетину потоку, включаючи область вузького підшару і перехідну зону.
Профілі середній швидкості. Проведені дослідження показали, що добавки полімерів мають істотний вплив на пристінну турбулентність. Профілі середньої швидкості в розчинах полімерів значно трансформуються, відносні розміри пристенной області, що включає в'язкий подслой і перехідну зону, значно зростають. У роботах/10,11/введено поняття про три зонах профілю швидкості в знижує тертя полімерному потоці. Це ньютоновский в'язкий подслой з лінійним профілем швидкості, перехідна область (зона взаємодії добавок з потоком або «пружний» подслой), яка йде по прямій найбільшого або максимально досяжного зниження опору і зовнішню область з ньютонівської постійної Кармана?=0,4 (турбулентний ядро ??течії ).
При досить високих числах Рейнольдса і малому зниженні опору в турбулентному ядрі потоку зберігається логарифмічне розподіл швидкості зі збільшеним значенням параметра (порівняно з випадком турбулентної течії звичайної ньютонівської рідини, коли В=5,5)
U +=2.5 ln y + + B + =; U * =, y + =,
де U - локальна осредненная швидкість, у - відстань по нормалі від стінки. Зі збільшенням величини ефекту зниження опору має місце прогресивне стиск області турбулентного ядра течії, її внутрішня межа зміщується у напрямку до осі труби, поки не відбудеться повне зникнення цієї області при максимальному зменшенні опору. Це означає відповідне збільшення протяжності пружного підшару, вираз для якого при максимальному зниженні опору отримано П. Вірком/10/у вигляді:
U +=11.7 ln y + - 17.0
Аналогічний вплив добавок ПАР на профіль швидкості відзначено в наявних на сьогодні обмеженій кількості робіт, в основному радянських авторів/6, 7 /.
Турбулентні характеристики. Інформація про структуру турбулентності в розчинах з добавками, наявна тільки стосовно до режиму зі зниженням опору, свідчить про існування трьох радіальних зон, аналогічних (але не тотожних) зонам , спостережуваним на профілях середньої швидкості: в'язкий подслой, пружний подслой і турбулентний ядро ??течії.
Турбулентний плин ньютонівської рідини у в'язкому підшарі володіє квазірегулярних просторово-часової структурою. Існують періоди спокійної, майже ламінарної течії, що змінюються періодами інтенсивного руйнування вузького підшару («вибухи»)/25 /. Порівняння течій полімерного розчину і води у в'язкому підшарі показує/18? 22 /, що при одному і тому ж значенні динамічної швидкості U * добавки полімеру призводять до збільшення просторових розмірів пристінних структур, до збільшення проміжку часу між пристінними викидами і до зменшення характерною швидкості їх руху. Величина відношення масштабів в поздовжньому і поперечному напрямках перевищує аналогічну величину в потоках води без добавок, тобто пол...
