園筒和園柱間環(huán)形流動——泰勒旋渦流動

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(biāo)志著泰勒旋渦出現(xiàn)時的泰勒準(zhǔn)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。