泰勒-库埃特流

✍ dations ◷ 2025-07-01 12:40:52 #流体动力学,流体动力学的不稳定性

在流体力学中,泰勒-库埃特流由夹在两个旋转圆柱之间缝隙中的粘性流体组成。当角速度较低时,通过测量雷诺数,可知这种流动具有稳定性和方位性。这种基本状态被称作环状库埃特流,是因为莫里斯・库埃特曾用这套实验装置测量粘度。杰弗里·英格拉姆·泰勒爵士在一篇破天荒的论文中研究了库埃特流的稳定性,并成为了水力稳定理论发展的奠基石。

泰勒发现,当内筒角速度增大并超过某一临界值时 库埃特流失稳并进入第二稳态——其特点是出现轴对称的环形涡,叫做泰勒涡流。接着增加筒的角速度,系统会经历一个不稳定过程,进入更加混乱的状态,它的下一个状态过程叫做波状涡流。如果两个筒以相反方向旋转,那么螺旋涡流会出现。当雷诺数超过一定数值时就会出现紊流。

环状库埃特流应用广泛,包括从脱盐到磁流体动力学以及粘度分析。再进一步,如果两个旋转圆筒的环状空隙间流动的液体有压力梯度存在,那么就形成了泰勒-迪安流。 长期以来,人们对不同的流动环境分门别类,包括扭曲泰勒涡,波状出流边界,等等。这种流体在流体力学中受到了详尽的研究和记录。

泰勒涡(同样由杰弗里·英格拉姆·泰勒爵士命名),是当流体的泰勒数 ( T a {\displaystyle \mathrm {Ta} } 的新流动,在流动达到一个较大雷诺数之前,实际上是稳定的,一旦达到,流动就会转变成不稳定的“波状涡流”,很可能标志着非轴对称不稳定性的出现。 旋转库埃特流在几何上由这两个参数来描述

以及

这里下标“1”代表内筒,“2”代表外筒。理想化的数学问题的提出方法是,选择 μ {\displaystyle \mu } η {\displaystyle \eta } T a {\displaystyle \mathrm {Ta} } 的特殊值。对于下面给出的 η 1 {\displaystyle \eta \rightarrow 1} μ 1 {\displaystyle \mu \rightarrow 1} 值,临界泰勒数是 T a c 1708 {\displaystyle \mathrm {Ta_{c}} \simeq 1708}

泰勒-库埃特流的一个重要意义在于,那些最终导致了紊流产生的流态变化。我们希望通过对这些系统的研究,以加深对向紊流转变过程的理解。

在重复实验中发现了许多流态,因此得到了一个标准命名惯例。 举个例子:

还有很多其他流态. 在这里,"波状"表示流动在角方向上的行进变化。 流态的整个图景还并不完整;实验有时会指引我们解释某一个感兴趣的流态,但是仍有理解上的差距。举例来说,一个叫做“软紊流”的有潜在意义的流态已经被发现了。

泰勒-库埃特实验可能包括另外的系统特性,比如说一个强制的轴流,脉动流等等,被设计用来更好地理解某些转变过程。

在1975年,J·P·戈勒布和H·L·斯维尼(英语:Harry Swinney)发表了一篇论文,关于在旋转流体中紊流的产生。在泰勒-库埃特流系统中,他们观察到,当转速增加时,流层分布变成了一堆“流体炸圈饼”。转速继续增加时,炸圈饼动摇、扭转,最终变成紊流。 他们的研究帮助建立了紊流中的吕埃勒-塔肯斯情况。

相关

  • 重商主义重商主义(英语:mercantilism)是在16世纪到18世纪之间盛行的经济理论、经济政策。重商主义是民族主义在经济上的一种形式。它的目标是最大限度的使国家富足与强盛,借由获取并留下
  • HOONO过氧亚硝酸(HNO3/HOONO/HONO2)是一种活性中间体,被广泛认为是自由基。它是过氧亚硝酸根(ONOO−)的共轭酸。它的pKa约为6.8。过氧亚硝酸可以均裂成二氧化氮和羟基自由基,这是一对笼
  • 高雄市中等学校列表高雄市中等学校列表表列高雄市境内所有高级中等学校与技术型高级中等学校,行政区依邮递区号排列, 学校依笔划排列。
  • 开放两岸探亲开放两岸探亲是1987年11月2日,时任中华民国总统蒋经国有感于台海两岸之间的亲人分离太久,决定让凡在中国大陆有三亲等内血亲、姻亲或配偶的民众登记赴大陆探亲。在开放两岸探
  • 抗冻剂防冻剂,又称阻冻剂、抗冻剂,是防止液体凝固或组成过大的冰晶的物质。在汽车上使用时,防冻剂除了要防止它们在高于引擎最低工作温度的温度凝固,兼防止冷却系统的金属生锈。1930年
  • G1511日兰高速日照-兰考高速公路,简称日兰高速,中国国家高速公路网编号为G1511,是G15国道的联络线之一。起点在山东日照,途经曲阜、济宁、菏泽至河南兰考。途径山东、河南两省,目前已全线通车。
  • 自然进气发动机自然进气发动机(英语:naturally aspirated engine)为最基本的动力形式,在进入发动机汽缸前,以外界空气(1大气压)直接与喷油针喷岀之汽油混合而成汽油雾,最后进入燃烧室点燃。有别于
  • 拉杰古鲁纳加尔拉杰古鲁纳加尔(Rajgurunagar (Khed)),是印度马哈拉施特拉邦浦那县的一个城镇。总人口17636(2001年)。该地2001年总人口17636人,其中男性9094人,女性8542人;0—6岁人口2066人,其中男1
  • 三轮秀一三轮 秀一(日语:みわ ひでいち、1873年(明治6年)10月10日 - 1921年(大正10年)7月26日)为日本陆军军人。于担任第11师团参谋长时,在西伯利亚出兵之际战死。阶级陆军少将、授予功四级
  • 中国核学会中国核学会是中国核科学,核技术,与核工程领域的学术组织,隶属于中国科学技术协会,挂靠在中国核工业集团公司。中国核学会成立于1980年,首任理事长为王淦昌。同年加入中国科学技术