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若內(nèi)園柱與外園筒之間的間隙很窄,只要雷諾數(shù)還未到達旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換點雷諾數(shù),則流動狀態(tài)始終是層流。如果間隙足夠大,并且旋轉(zhuǎn)速度達到臨界速度時就會出現(xiàn)泰勒旋渦流動的二次(輔助)流動狀態(tài)。這些渦流圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線呈環(huán)狀流動(圖2-18),大約為間隙高度的兩倍。泰勒從數(shù)學(xué)上分析了形成旋渦時的臨界旋轉(zhuǎn)速度,并通過實驗驗證,標志著泰勒旋渦出現(xiàn)時的泰勒準數(shù)為(h0/R1<<1, l=2h0);
(2-72)
或 (2-72a)
圖2-18 園筒和園柱間泰勒旋渦流動
而雷諾數(shù)為
(2-73)
式中 Rtr、ωr——出現(xiàn)泰勒旋渦時以雷諾數(shù)與角速度;
h0、R1、R2——分別為園筒與園柱間的平均間隙、園柱外半徑和園筒內(nèi)半徑。
卡雅和愛爾格觀察到,當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度從臨界值開始增加時,泰勒旋渦一直保持它們的形狀不變,直到旋轉(zhuǎn)速度增大到某一特定值??梢杂^察到泰勒旋渦的形成*不同于紊流的形成。當(dāng)內(nèi)園柱的轉(zhuǎn)速增加到很大值時,(高溫水泵)環(huán)隙中的流動變成為紊流,而渦流是疊加在紊流波動之上的。如果旋轉(zhuǎn)速度進一步增大,可觀察到泰勒旋渦首先被扭曲,接著*消失,只留下純紊流流動。
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