Главная > Разное > Вязкие течения с парадоксальными свойствами
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.3. Скоростные неоднородности за зернистым слоем

В ряде работ (см. обзор в [38]) было обращено внимание на парадоксальное явление возникновения за однородным зернистым слоем крупномасштабных скоростных неодпородностей — так называемых «ушей», которые действительно похожи на заячьи уши, так как характеризуются протяженным провалом эпюры скоростей в центральной части канала и интенсивными всплесками вблйзи его стенок. При этом масштаб области, где наблюдаются всплески, определяется размером канала, а не диаметром зерна, что было установлено специальными опытами.

Большинство исследователей появление макроскопических неодпородностей объясняют неоднородностью самого слоя, связанной с неупорядоченностью его укладки, повышенной пристенной «прозрачностью» и деформациями слоя под действием силы тяжести и гидравлического сопротивления. Только в одной экспериментальной работе [70] эффект связывается с прогибом поддерживающей сетки. Однако, учитывая, что в обычных условиях величина прогиба весьма мала, на первый взгляд такое заключение не кажется убедительным. Тем не менее оно оказывается верным. Об этом

свидетельствуют целенаправленные опыты и расчеты, основанные на модели квазиидеальной жидкости [19].

Эта модель весьма проста: к правым частям уравнений Эйлера добавляются фильтрационные члены, линейные по скорости жидкости. В отличие от классической модели фильтрации здесь учтены инерционные члены, и это оказывается принципиально важным, однако не столько для движения внутри зернистой среды, сколько для условий перехода через ее границу. Если инерцию не учитывать, и сопрягать поток только по нормальной скорости, считая течение потенциальным, как вне, так и внутри зернистой среды, то возникают парадоксы типа неединственности решения даже при условии однородности набегающего потока [101].

Детальное рассмотрение показало, что при неортогопальном протекании через границу инерционный поток приобретает завихренность, и притом тем более интенсивную, чем ниже проницаемость среды и чем больше угол падения потока на границу. Физическая причина генерации завихренности, например на выходе из слоя, заключается в том, что при высоком гидравлическом сопротивлении среды даже небольшие скорости вызывают значительные градиенты давления, которые, «просачиваясь» на границу, вызывают в свободном пространстве интенсивное поперечное движение, что эквивалентно появлению вихря.

Расчет показывает, что уже при небольших прогибах границы зернистого слоя этот процесс приводит к возникновению «ушей», имеющих масштаб размера капала. С ростом сопротивления среды эффект поначалу усиливается, а затем происходит насыщение, поскольку поток в среде низкой проницаемости стремится развернуться перпендикулярно поверхности слоя. Тем самым «уши», связанные с прогибом поддерживающей сетки, представляют собой в значительной степени «эфемерное» явление, возникающее лишь на выходе и, следовательно, неопасное для аппаратов с зернистым слоем. Рассмотренный эффект относится к ситуации, когда небольшие воздействия, хотя и не связанные непосредственно с вязкостью, вызывают серьезную перестройку течения.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление