Режимный гистерезис вязкого течения со свободной поверхностью в горизонтальном вращающемся цилиндре

Abstract

Рассмотрен режимный гистерезис установившегося течения жидкости, частично заполняющей горизонтальный стационарно вращающийся цилиндр. Эффект заключается в превышении величины скорости вращения цилиндра при переходе циркуляционного режима течения в режим пристенного слоя, во время разгона цилиндра, над величиной скорости при обратном переходе, во время торможения. Гистерезис проявляется при больших числах Рейнольдса, не наблюдается при малых и усиливается с увеличением степени заполнения цилиндра жидкостью. Показано, что полученные аналитические условия устойчивости пристенного слоя жидкости отвечают экспериментальным данным для случая больших чисел Рейнольдса, при возникновении возмущений свободной поверхности, и не отвечают для случая малых, при образовании вторичных циркуляционных течений в виде валика. На основе експериментальных данных с учетом принятых критериев подобия получены универсальные диаграммы, которые могут быть использованы для более точного определения границ переход режимов течения.

Розглянуто режимний гiстерезис усталеної течiї рiдини, що частково заповнює горизонтальний стацiонарно обертовий цилiндр. Ефект полягає у перевищеннi величини швидкостi обертання цилiндра при переходi циркуляцiйного режиму течiї в режим пристiнного шару, пiд час розгону цилiндра, над величиною швидкостi при зворотньому переходi, пiд час гальмування. Гiстерезис проявляється при великих числах Рейнольдса, не спостерiгається при малих та посилюється iз збiльшенням ступеня заповнення цилiндра рiдиною. Показано, що одержанi аналiтичнi умови стiйкостi пристiнного шару рiдини вiдповiдають експериментальним даним для випадку великих чисел Рейнольдса, при виникненнi збурень вiльної поверхнi, та не вiдповiдають для випадку малих, при утвореннi вторинних циркуляцiйних течiй у виглядi валика. На пiдставi експериментальних даних з урахуванням прийнятих критерiїв подiбностi одержано унiверсальнi дiаграми, якi можуть бути використанi для бiльш точного визначення меж переходу режимiв течiї.

The regime hysteresis of steady flow of liquid, which fills steady-state rotating, horizontal cylinder partly full, is examined. The effect consists in excess of a value of angular velocity of cylinder in going from circulating flow to wall layer flow, when bring up a cylinder to speed, over a value of it's veloсity in reverse going, when slow it down. The hysteresis shows up when the Reynolds numbers are large, it can not be observed when the numbers are small and it gains in strength when a state of cylinder's fullness with liquid increases. It is disclosed that the obtained analytical steady conditions of a wall layer are in agreement with experimental data as a result of large values of the Reynolds numbers, when disturbance of free surface arises, and they aren't in agreement as a result of small values of the numbers, when circulating secondary flow springs up as a roller.On the basis of experimental data with consideration for accepted similarity criterions the universal diagrams, which can be used in the more exact calculations of the change boundary of regimes, are ploted.