Czynniki wpływające na deformację warstwy przyściennej przy statycznym przepływie powietrza nad złożem porowatym oraz ich wpływ na prędkość poślizgu. Część I: Turbulentna warstwa graniczna w sąsiedztwie ścianek chropowatych

• Autorzy: Sławomirski M. R. , Skotniczny P.

Warianty tytułu

EN

Factors Afecting the Velocity Shift and the Deformation of the Boudary Layer for Steady Air Flows over Porous Bed Part I: The Turbulent Boudary Layer in The Vicinity of Rough Rigid Walls

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule autorzy rozważają wpływ nierówności powierzchni na rozkład prędkości i własności turbulentnej warstwy granicznej. Omówiono wielowarstwowy model warstwy granicznej. Jeśli wysokość nierówności nie przekracza grubości podwarstwy lepkiej, wówczas chropowatość nie wpływa na obraz ruchu turbulentnego. W przeciwnym przypadku profil prędkości zostaje zmodyfikowany, a równania go wyrażające muszą być zmodyfikowane poprzez wprowadzenie tzw. funkcji chropowatości oraz ewentualnie tzw. funkcji śladu. Przedstawiono wyniki pomiarów wyrażających zależność prędkości uśrednionej, fluktuacji prędkości oraz naprężeń turbulentnych Reynoldsa od bezwymiarowej odległości od ścianki. Pokazano, że własności przepływu turbulentnego zależą nie tylko od skali ale i od geometrii nierówności powierzchni. Czynniki te nie zawsze mogą być w prosty sposób sprowadzone do zastępczej chropowatości piaskowej. Zależność funkcji chropowatości od zredukowanej skali chropowatości przedstawiono w postaci formuły analitycznej oraz w formie grafi cznej. Zaproponowano postać równań, które opisują rozkład prędkości średniej w turbulentnej warstwie granicznej w pobliżu chropowatej a zarazem przepuszczalnej ścianki z uwzględnieniem efektów przesunięcia (ang. velocity shift) i poślizgu (ang. velocity slip).

EN

In the paper the autors discuss the influence of surface roughness on the mean velocity profi le and properties of the turbulent boundary layer. The multi-strata model of the turbulent boundary layer has been discussed. When roughness height does not exceed the thickness of the viscous sublayer, the wall roughness does not influence on the turbulent flow. In the opposite case the velocity profi le is modified. The equations expressing the mean velocity profile may then be modified by means of introduction of the roughness function and wake function. The results of measurements concerning the dependence of reduced mean velocity, velocity fluctuations, and Reynolds stress on the distance from the wall have been presented in the graphical form. It is shown that the turbulent flow properties depend explicitly on roughness geometry which in many situations cannot be reduced to the sand roughness. The dependence of the rougness function on the reduced roughness scale has been expressed in the analytical and graphical forms. The equations which describe the average velocity profile for turbulent boundary layer in the vicinity of rough and permeable wall involving the shift and slip phenomena have been proposed.

Słowa kluczowe

PL

turbulentna warstwa graniczna; nierówność powierzchni; funkcja chropowatości; funkcja śladu

EN

turbulent boundary layer; surface roughness; wake function; roughness function

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 14, no. 1-4
• Strony: 165--177
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sławomirski M. R.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, Ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Skotniczny P.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, Ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• ACHARYA M., ESCUDIER M.P., (1987): Turbulent flow over mesh roughness, in Turbulent Shear Flows, Edited by F. DURST et al., Vol. 5, pp. 176-185, Springer Verlag, Berlin.
• ACHARYA M., BORNSTEIN J., ESCUDIER M.P., (1986): Turbulent boundary layers on rough surfaces, Experiments in Fluids, 4, 33.
• BAMMERT K., SANDSTEDE H. (1976): Influences of manufacturing tolerances and surface rougness of blade on the performance of turbines, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 98, 29.
• BATCHELOR G.K., (1967): Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press, Cambridge.
• CEBECI T., CHANG K.C., (1978): Calculation of incompressible rough-wall boundary layer flows, American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 16, 730.
• ELSNER J.W., (1987): Turbulencja przepływów, PWN, Warszawa.
• HINZE J.O., (1959): Turbulence, McGraw-Hill, New York.
• HOGDE B.K., (1979): An assessment of rough boundary layer calculation methods, in Proceeding of the ASME Symposium on Turbulent Boundary Layers, Niagara Falls, New York, pp. 197-208.
• HOWARTH L., (1959): Laminar Boundary Layers, in Handbuch der Physik, herausgegeben von S. FLÜGGE und C. TRUESDELL, Bd. VIII/1 Strömungsmechanik I, Springer, Berlin – Göttingen – Heidelberg.
• VON KÁRMÁN T., (1930): Mechanische Ähnlichkeit und Turbulenz, Göttinger Nachr. Math. Phys. Kl., pp. 58-76.
• KOCH C.C., SMITH L.H., (1976): Loss sources and magnitudes in axial flow compressors, Journal of Engineering Power, 98, 411.
• KROGSTAD P.A., ANTONIA R.A., (1999): Surface roughness effects in turbulent boundary layers, Experiments in Fluids, 27, 450.
• LANDAU L.D., LIFSHITS E.M., (1944): Mekhanika sploshnykh sred, Moskva, wydanie polskojęzyczne Mechanika ośrodków ciągłych, Warszawa, (1958).
• LIN C.C., (1946a): On the stability of laminar flow. Part I, Quarterely of Applied Mathematics, 3, 117.
• LIN C.C., (1946b): On the stability of laminar flow. Part II, Quarterely of Applied Mathematics, 3, 217.
• LIN C.C., (1946c): On the stability of laminar flow. Part III, Quarterely of Applied Mathematics, 3, 277.
• NIKURADSE J., (1933): Strömungsgesetze in rauhen Rohren, V.D.I. Forschung-H., Bd. 361.
• PRANDTL L., (1904): Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung, Verhandlungen der dritten Internazionale Mathematische Kongress, Heidelberg, 1904; Druck: Leipzig, (2005).
• SCHLICHING H., (1938): Experimentall Untersuchungen zum Rauhigkeitsproblem, Ingenieur-Archiv, 7, 1.
• SCHLICHING H., (1965): Enstehung der Turbulenz, in Handbuch der Physik, herausgegeben von S. FLÜGGE und C. TRUESDELL, Bd. VIII/1 Strömungsmechanik I, Springer, Berlin – Göttingen – Heidelberg.
• SCHLICHING H., (1965): Grenzschicht-Theorie, Braun, Karlsruhe.
• SCHLICHING H., GERSTEIN K., (2000): Boundary Layer Theory, Springer, Berlin.
• SPEIDEL L., (1962): Ermittlung der notwedingen Oberfl ächengütte und eventueller Rauhigkeits-verluste bei Dampfturbinen, Elektriziätswirtschaft, 21, 799.
• YOUNG A.D., (1950): The drag effects of roughness at high subcritical speeds, Journal of Royal Aeronautical Society, 18, 534.
• YOUNG A.D., PATERSON J.H., (1981): Aircraft excrescence drag, AGARDoghrph, 264.