Словарь (стр. 27 )

Широко распространена комбиниров. трубка Пито — Прандтля, к-рая представляет собой цилиндрич. трубку с полусферич. носиком (рис. 1), ось к-рой устанавливается вдоль потока. Через центр. отверстие на полусфере (критич. точка) измеряется полное давление р0, к-рое реализуется при

768

изоэнтропич. торможении потока до нулевой скорости. Другое отверстие (или ряд отверстий) I располагается на боковой поверхности трубки и служит для измерения статич. давления р.

Рис. 1. Схема  трубки  Пито — Прандтля.

Геом. форма Т. и., форма отверстий и расстояние от них до носика трубки выбираются так, чтобы давление в боковых отверстиях по возможности мало отличалось от ста­тич. давления в исследуемой точке потока. Небольшое несоответствие дав­лений учитывается поправочным ко­эфф. ξ, к-рый определяют калибров­кой. Зная р и р0, вычисляют скорость потока v на основании Бернулли урав­нения. Для несжимаемой жидкости v= √(2ξ(р0-р)/ρ); плотность ρ может быть найдена по Клапейрона урав­нению или др. способом. При скоро­стях воздуха выше 50—60 м/с необ­ходимо учитывать сжимаемость воз­духа.

Трубка Пито — Прандтля применя­ется также для определения v и Маха числа М в сверхзвук. потоке. В этом случае перед трубкой образуется удар­ная волна и измеряемое в центр. от­верстии давление практически равно

давлению торможения р'0 за прямой ударной волной. При известном из др. измерений давлении изоэнтропич. торможения p0 по величине отно­шения p'0/p0 можно определить М в потоке перед трубкой. Измеряемые трубкой значения р0 или р'0 (соотв. при дозвук. или сверхзвук. скоростях) почти не зависят от угла между век­тором местной скорости и осью труб­ки, пока этот угол не превышает 15—20°, но значения статич. дав­ления р сильно зависят от этого угла даже при небольшой его величине.

При малых скоростях потока (v<6 м/с) или при больших разреже­ниях, когда Рейнольдса число Re<300, наблюдается значит. возрастание ко­эфф. ξ. Трубкой Пито — Прандтля можно пользоваться и при очень малых Re, включая и. свободномолекулярное течение (см. Динамика раз­реженных газов) (при M/Re>1), од­нако её практич. применение для этих течений наталкивается на ряд труд­ностей, связанных с калибровкой и измерением весьма малых абс. дав­лений.

Для измерения скорости потока су­ществует множество модификаций трубки Пито — Прандтля (трубки Брабе, Лосиевского, Престона и др.);

кроме того, скорость определяют Вентури трубкой. Направление пото­ка измеряют цилиндрич. и сферич. насадками, комбинациями из трёх расположенных под углом друг к другу трубок Пито и т. д., показания к-рых очень чувствительны к направ­лению потока.

Для исследования полей скоростей в пограничном слое потока вязкой жид­кости или газа вблизи тв. стенки применяется трубка Стэнтона, изме­ряющая скоростной напор в потоке с большим вертик. градиентом скорости (рис. 2); она устанавливается непо­средственно на поверхности обтека­емого тела и перемещается по вер­тикали микрометрич. винтом. Изме­ренное трубкой давление относится к эфф. расстоянию от стенки, опреде­ляемому из калибровки. Скорость вычисляют по разности полного дав­ления, измеренного трубкой, и статич. давления на стенке канала.

Рис.  2. Схема  труб­ки Стэнтона.

• Физические измерения в газовой дина­мике и при горении, пер. с англ., ч. 1—2, М., 1957; Г о р л и н С. М., С л е з и н г е р И. И., Аэромеханические измерения, М., 1964.

ТУННЕЛЬНАЯ ЭМИССИЯ, то же, что и автоэлектронная эмиссия.

ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ (туннелирование), преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, ко­гда её полная энергия (остающаяся при Т. э. большей частью неизменной) меньше высоты барьера. Т. э.— явле­ние существенно квант. природы, не­возможное в классич. механике; ана­логом Т. э. в волн. оптике может служить проникновение световой вол­ны внутрь отражающей среды (на расстояния порядка длины световой волны) в условиях, когда с точки зрения геом. оптики происходит пол­ное внутреннее отражение. Т. э. лежит в основе мн. важных процессов в ат. и мол. физике, в физике ат. ядра, тв. тела и т. д.

Т. э. интерпретируется на основе неопределённостей соотношения (см. также Квантовая механика). Классич. ч-ца не может находиться внутри потенц. барьера высоты V, если её энергия о<V, т. к. кинетич. энергия ч-цы р2/2m=о-V становится при этом отрицательной, а её импульс р — мнимой величиной (m — масса ч-цы). Однако для микрочастицы этот вывод несправедлив: вследствие со­отношения неопределённостей фик­сация ч-цы в пространств. области внутри барьера делает неопределён­ным её импульс. Поэтому имеется отличная от нуля вероятность обнаружить микрочастицу внутри запре­щённой с точки зрения классич. ме­ханики области. Соответственно по­является определ. вероятность про­хождения ч-цы сквозь потенц. барь­ер, что и отвечает Т. э. Эта вероят­ность тем больше, чем меньше масса ч-цы, чем уже потенц. барьер и чем меньше энергии недостаёт ч-це, чтобы достичь высоты барьера (чем меньше разность V-о). Вероятность про­хождения сквозь барьер — гл. фак­тор, определяющий физ. хар-ки Т. э. В случае одномерного потенц. барь­ера такой хар-кой служит коэфф. про­зрачности барьера, равный отношению потока прошедших сквозь него ч-ц к падающему на барьер потоку. В слу­чае трёхмерного барьера, ограничи­вающего замкнутую область пр-ва с пониж. потенц. энергией (потенциаль­ную яму), Т. э. характеризуется веро­ятностью w выхода ч-цы из этой области в ед. времени; величина w равна произведению частоты колеба­ний ч-цы внутри потенц. ямы на веро­ятность прохождения сквозь барьер. Возможность «просачивания» наружу ч-цы, первоначально находившейся в потенц. яме, приводит к тому, что соответствующие уровни энергии ч-ц приобретают конечную ширину по­рядка ћw, а сами эти состояния стано­вятся квазистационарными.

Примером проявления Т. э. в ат. физике могут служить автоионизация атома в сильном электрич. поле и иони­зация атома в поле сильной эл.-магн. волны. Т. э. лежит в основе альфа-распада радиоактивных ядер. э. было бы невозможно протекание тер­моядерных реакций: кулоновский по­тенц. барьер, препятствующий необ­ходимому для синтеза сближению ядер-реагентов, преодолевается час­тично благодаря высокой скорости (высокой темп-ре) таких ядер, а ча­стично благодаря Т. э. Особенно многочисленны примеры проявления Т. э. в физике тв. тела: автоэлектронная эмиссия, явления в контактном слое на границе двух ПП, Джозефсона эффект и т. д.

• , Основы кван­товой механики, 5 изд., М., 1976; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Квантовая механика. Нерелятивистская теория, 3 изд., М., 1974 (Теоретическая физика, т. 3).

.

ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ (от лат. turbulentus — бурный, беспорядоч­ный), форма течения жидкости или газа, при к-рой их элементы совер­шают неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию меж­ду слоями жидкости или газа (см. Турбулентность). Наиболее детально изучены Т. т. в трубах, каналах, по­граничных слоях около обтекаемых жидкостью или газом тв. тел, а также т. н. свободные Т. т.— струи, следы за движущимися относительно жид-

769

кости или газа тв. телами и зоны перемешивания между потоками раз­ной скорости, не разделёнными к.-л. тв. стенками. Т. т. в каждом из пере­численных случаев отличается от со­ответствующего ему ламинарного те­чения как своей сложной внутр. струк­турой (рис. 1), так и распределением

Рис.  1. Турбулентное  течение.

осреднённой скорости по сечению по­тока (рис. 2) и интегральными хар-ка­ми — зависимостью средней по сече­нию или макс. скорости, расхода, а также коэфф. сопротивления от Рей­нольдса числа Re, Профиль осреднён­ной скорости Т. т. в трубах или каналах отличается от параболич. профиля соответствующего ламинар­ного течения более быстрым возра­станием скорости у стенок и меньшей

Рис. 2. Профиль осреднённой скорости: а — при ламинарном течении; б — при турбу­лентном течении.

кривизной в центр. части течения. За исключением тонкого слоя около стенки профиль скорости описывается логарифмич. законом (т. е. скорость линейно зависит от логарифма рас­стояния до стенки). Коэфф. сопро­тивления λ=8τw/ρv2cp (где τw — на­пряжение трения на стенке, ρ — плотность жидкости, vср — средняя по сечению скорость потока) связан с Re соотношением:

λ1/2 = (1/χ√8) ln (λ1/2Re)+B,

где χ. и B — числовые постоянные. В отличие от ламинарных погра­ничных слоев, турбулентный погра­ничный слой обычно имеет отчётливую границу, беспорядочно колеблющую­ся со временем (в пределах 0,4 б — 1,2δ, где δ — расстояние от стенки, на к-ром осреднённая скорость равна 0,99 v, a v — скорость вне погранич­ного слоя). Профиль осреднённой ско­рости в пристенной части турбулент­ного пограничного слоя описывается логарифмич. законом, а во внеш. части скорость растёт с удалением от стенки быстрее, чем по логарифмич. закону. Зависимость λ от Re здесь