Файл: Щербинин Э.В. Струйные течения вязкой жидкости в магнитном поле.pdf

тенсивности

из-за уменьшения коэффициента

п е р е м е ж а е м о с т и

На,

п а д а е т в д и а п а з о н е - = — « ( 8 — 1 5 ) - Ю - 3 .

Ке

Н а

Н а к о н е ц ,

при ^ - — 2 0 - Ю - 3 на

всем

участке, где

проводились

измерения (минимальное

расстояние

до

стенки

составляло

1,5

мм),

у с т а н а в л и в а е т с я

л а м и н а р н ы й

р е ж и м течения.

З а м е т и м ,

что

скорость

в я д р е потока с о с т а в л я л а « 0 , 6

VC p при Н а » 100.

Н а

О д н а к о

при ^—>25-10~~3

вновь возникают

пульсации

скорости,

причем

частота этих пульсаций

о к а з ы в а е т с я

достаточно высо­

кой, а уровень интенсивности почти постоянен

во

всей области

течения.

В работе [12] были проведены измерения уровня интенсив­

ности пульсаций в наклонном магнитном поле,

когда

резкие не­

однородности

появляются

у ж е в

я д р е

потока.

Опыты

проводи­

щ е м

случае (см. § 2) ,

но при значениях Н а , равных

190, 380 и

520, и при угле а = 4 5 ° . Четырехэлектродный

датчик

кондукцион-

ного

анемометра

п о з в о л я л

одновременно

измерить

пульсации

с о с т а в л я ю щ е й электрического поля §ь перпендикулярной

маг­

нитному

полю и осредненной скорости, составляющей ё 2 , п а р а л ­

лельной

полю, и

с о с т а в л я ю щ е й ё3 , п а р а л л е л ь н о й

н а п р а в л е н и ю

осредненной скорости

(по оси х).

П у л ь с а ц и и ё\ при этом

соот-

ветствуют с точностью

до

продольным п у л ь с а ц и я м

скорости,

ё 2 соответствуют

п у л ь с а ц и я м

электрического

т о к а

вдоль

на­

п р а в л е н и я поля и (?3 — с точностью

л°

— пульсациям

ско­

рости поперек магнитного поля .

Р е з у л ь т а т ы измерений п о к а з ы в а ю т

(рис. 7.13), что

свободные

струйные слои генерируют очень высокий уровень

турбулентных

пульсаций t?i, причем

в отдельных

точках сечения

интенсивность

него

з н а ч е н и я ' э л е к т р и ч е с к о г о

поля VCpB

(Vcp — среднерасход -

н а я

скорость,

В — индукция

приложенного п о л я ) . В

п р о ф и л я х

интенсивности

имеются д в а хорошо в ы р а ж е н н ы х м а к с и м у м а ,

по­

л о ж е н и е которых примерно соответствует положению

точек

пе­

региба в осредненных п р о ф и л я х

скорости. П р и этом

величина

м а к с и м у м а в ы ш е т а м , где в ы ш е

градиент

осредненной

скорости

(см. рис. 7.8, в,

є).

А н а л о г и ч но

ё\ происходит распределение

интенсивности ё2 ,

но по величине вторая

примерно

втрое н и ж е

ej

(рис. 7.14). В от­

личие от ё] и ё?2 распределение пульсации

ё 3

о б н а р у ж и в а е т один

максимум, положение

которого

приблизительно

соответствует

положению линии м а к с и м а л ь н о й скорости

(рис. 7.15).

Проведенный

опыт

показал,

что в тех

случаях,

когда в я д р е

нитным, полем,

последнее

не только

не л а м и н а р и з у е т

течение, но,

напротив,

дестабилизирует поток,

причем

заметного

изменения

х а р а к т е р а

пульсаций

с

ростом

поля не

н а б л ю д а е т с я

(по

визу­

альным н а б л ю д е н и я м

на э к р а н е

о с ц и л л о г р а ф а ) .

Генерация

высокого

уровня

пульсаций

д о л ж н а

приводить к

существенному отбору энергии от осредненного

потока, поэтому

опытный

коэффициент

сопротивления

д о л ж е н

заметно

отли­

чаться от рассчитанного

по л а м и н а р н о й теории.

Описанные в настоящей главе течения показывают,

что с по­

м о щ ь ю магнитного поля

м о ж н о

создать

весьма

р а з н о о б р а з н ы е

можности в экспериментальном изучении анизотропной

турбу­

лентности.

О д н а к о

этим не исчерпывается

значение

М Г Д - с п о -

соба

воздействия

на турбулентные

потоки:

магнитным

полем

м о ж н о с о з д а в а т ь

качественно новые

турбулентные

структуры .

Так, по и м е ю щ и м с я сведениям, в некоторых случаях

анизотро­

пия

м о ж е т

стать столь существенной, что структуру

турбулент­

ности м о ж н о р а с с м а т р и в а т ь к а к двумерную [10].

ростные структуры,

о б р а з у ю щ и е с я

в

однородном

магнитном

поле при наличии стенок трубы с

существенно р а з л и ч а ю щ е й с я

проводимостью . Эти

течения, однако,

о б л а д а ю т

той особен­

трубы

полем сил, т а к что

их

м о ж н о отнести к одномерным

те­

чениям .

В

реальных условиях,

где,

к а к правило, д л и н а полюсов

маг­

чение трубы меняется по ф о р м е и п л о щ а д и , скоростные

струк­

туры становятся существенно пространственными,

р а з в и в а ю щ и ­

мися по мере п р о д в и ж е н и я в магнитном поле.

С одной стороны, это обстоятельство

с б л и ж а е т

их с

класси ­

ческими струйными течениями, т а к что

д л я их описания

м о ж н о

ства, что

струйный п р о ф и л ь

скорости в сечении, которое прини­

мается за

начальное, т а к ж е

получен вследствие р а з в и т и я из

о д ­

н о р о д н о г о п р о ф и л я .

И л л ю с т р а ц и е й

м о ж е т

с л у ж и т ь

тече­

ние в изолированной прямоугольной трубе на участке входа

или

выхода из магнитного

поля: о д н о р о д н ы й п о т о к жидкости

по мере

п р и б л и ж е н и я

к срезу полюсов

магнита

преобразуется

нородном магнитном поле вновь сливаются, о б р а з у я

х а р а к т е р ­

ный д л я М Г Д - т е ч е н и я в трубе практически однородный

профиль

вания

установившегося

течения в магнитном поле о к а з ы в а е т с я

достаточно

с л о ж н ы м .

В

нашу

з а д а ч у не

входит оценка п о л о ж и т е л ь н ы х и отрица­

главе мы хотели бы лишь п о к а з а т ь наиболее типичные

ситуации

(помимо описанных в п р е д ы д у щ е й г л а в е ) , в которых

реализу ­

ются резко неоднородные скоростные структуры . П р и

этом ог-