Lamináris és turbulens áramlás. folyadékáramlás rezsimek

Tanulás tulajdonságait folyadékok és gázok áramlása nagyon fontos az ipar és a közművek. A lamináris és turbulens áramlás hatása a vízi közlekedés aránya, olaj, földgáz vezetékek különböző célokra, befolyásolja a többi paramétert. Ezek a problémák do tudomány hidrodinamika.

besorolás

A tudományos környezetben a folyadék áramlási viszonyait és gázok vannak osztva két nagyon különböző osztályok:

• lamináris (tintasugaras);
• turbulens.

Megkülönböztetik az átmeneti szakaszban. Mellesleg, a „folyékony” széles értelmében: ez lehet összenyomhatatlan (folyékony valójában), egy összenyomható (gáz), vezetőképes, stb ...

kórtörténet

Egy másik Mengyelejev 1880-ban az elképzelést, a létezését két ellentétes vízhozama fejeztük. További részleteket erről a kérdésről megvizsgálta a brit fizikus és mérnök Osborne Reynolds, aki a kísérletet 1883-ban. Először is, gyakorlatilag, majd képlet segítségével azt találtuk, hogy alacsony áramlási sebességgel folyadékszállítás válik lamináris formában: rétegek (részecske áramlás) szinte nem keverjük össze, és mozognak párhuzamos pályákon. Azonban, legyőzése után egy bizonyos kritikus értéket (a különböző körülmények között ez különbözik), a cím szerinti Reynolds számú folyadék áramlási viszonyok megváltoznak: áramló sugár válik kaotikus vortex - azaz, turbulens. Mint kiderült, ezek a paraméterek bizonyos mértékig az eredendő és gázokat.

Gyakorlati angol tudós számítások azt mutatták, hogy a viselkedése, például víz, nagymértékben függ az alakja és méretei a tartály (csövek, csatornák, kapillárisok, stb), amelyben folyik. A csövek, amelynek kör keresztmetszetű (például használt szerelési nyomástartó csővezetékek), valamint Reynolds-száma - a képlet a kritikus állapotban van leírva a következő: Re = 2300. Annak érdekében, hogy nyissa meg az áramlási csatorna a A Reynolds számban más: Re = 900. A kisebb értékek Re rendelnek, a nagy - kaotikus.

lamináris áramlás

Eltérően a lamináris áramlás turbulens a természete és iránya vízzel (gáz) áramlik. Mozognak a rétegek keveredése nélkül, és anélkül lépnek fel. Más szóval, a mozgás egyenletesen megy végbe anélkül, hogy kiszámíthatatlan ugrások a nyomás irányát és sebességét.

Lamináris folyadékáramlás van kialakítva, például a keskeny vérerek élőlények, a növények kapillárisok és hasonló feltételek mellett, egy aktuális nagyon viszkózus folyadékok (fűtőolaj keresztül a csővezeték). Hogy láthatóvá áramló sugár elegendő válik egy kis csap - víz fog folyni csendesen, egyenletesen, keverés nélkül. Ha csavarja a csap a végén, a rendszer nyomása növekedni fog, és az áramlás lesz kaotikus.

turbulens áramlás

Ellentétben lamináris, ahol a szomszédos részecskék mentén mozognak, lényegében párhuzamos utak, turbulens folyadékáramlást rendezetlen jellegű. Ha használjuk a Lagrange megközelítés pályagörbéit a részecskék önkényesen átfedik egymást, és úgy viselkednek, elég kiszámíthatatlanul. Mozgás folyadékok és gázok ilyen körülmények között mindig átmeneti, ezekkel a paraméterekkel nonstationarities is van egy nagyon széles körű.

Mivel a lamináris gázáramlást turbulens rezsim bevételt, úgy követhetjük, hogy a példa WISP a füst egy égő cigaretta szélcsendben. Kezdetben, a részecskék mozognak a majdnem párhuzamos pályákon változatlan időben. Füst tűnik rögzített. Aztán egy ponton hirtelen ott nagy örvények, hogy a mozgás teljesen véletlenszerűen. Ezek az örvények szakítani a kisebbek - még kisebb, és így tovább. A végén, gyakorlatilag füst keveredik a környező levegővel.

turbulencia ciklusok

A fenti példa egy tankönyv, és az ő észrevételeiket tudósok tettek az alábbi következtetéseket:

1. Lamináris és turbulens áramlás valószínűségi jellegű: az átmenet az egyik üzemmódból a másikba nem pontosan a megfelelő helyen, és egy meglehetősen önkényes, véletlenszerűen kiválasztott helyen.
2. Először is, vannak nagy örvények, amelyek nagyobbak, mint a méret a gyér füst. Mozgás válik bizonytalan és erősen anizotrop. Nagy hullámok instabillá válik, és szét kisebb és kisebb. Tehát van egy hierarchiája örvények. Az energia mozgás átkerül a nagy a kicsi, és a folyamat végén eltűnik - energiaelnyelő előfordul kis méretekben.
3. Turbulens áramlás kiszámíthatatlan: egy adott örvény lehet egy teljesen véletlenszerű, kiszámíthatatlan hely.
4. Keverés füstöt a környező levegő nem kerül sor, lamináris áramlás, és a turbulens - igen intenzív.
5. Annak ellenére, hogy a peremfeltételek mozdulatlan, az turbulencia maga egy markáns átmeneti jellegű - összes gáz-dinamikus paramétereket idővel változnak.

Van egy másik fontos tulajdonsága turbulencia: ez mindig háromdimenziós. Még ha figyelembe vesszük egydimenziós áramlás a cső vagy kétdimenziós határréteg még mozgás turbulens örvények előfordulnak irányban a három tengely.

Reynolds-szám: a képlet

Az átmenet a lamináris turbulencia azzal jellemezve, az úgynevezett kritikus Reynolds szám:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

ahol ρ - sűrűség patak, u - Áramlási karakterisztika; L - áramlási jellemző mérettel, μ - az együttható a dinamikus viszkozitás, cr - számára egy cső kör keresztmetszetű.

Például, egy áramlás sebessége u a cső L alkalmazunk a cső átmérőjének. Osborne Reynolds azt mutatta, hogy ebben az esetben 2300 cr <20000. Elterjedése igen nagy, csaknem egy nagyságrenddel.

Hasonló eredményt kapunk a határréteg az ostya. A jellemző mérete vesszük a távolság az első széle a lemez, majd 3 × ¹⁰ May cr <4 × ¹⁰ áprilisban. Ha L jelentése a vastagsága a határréteg, a 2700 cr <9000. Vannak kísérleti vizsgálatok, amelyek kimutatták, hogy az érték az Re _cr még nagyobb lehet.

A koncepció a sebesség perturbáció

Lamináris és turbulens áramlás folyadék, és ennek megfelelően, a kritikus értéket a Reynolds-szám (Re) számos tényezőtől függ: a nyomás gradiens, a magassága dudorok érdesség, intenzitása turbulencia a külső áramlás, hőmérséklet-változások, és így tovább. Az egyszerűség kedvéért ezeket az aggregált tényezők nevezik a sebesség perturbáció hiszen bizonyos hatása van az átfolyási sebesség. Ha ez az eltérés kicsi, akkor lehet rendezni viszkózus erők célja, hogy összehangolja a sebesség terén. A nagyméretű perturbációira az áramlás instabillá válhat, és a turbulencia lép fel.

Tekintettel arra, hogy a fizikai értelmében a Reynolds-szám - az arány tehetetlenségi erők és viszkózus erők, harag áramlások tartozó képlet szerint:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (U / L )).

A számláló a kétszerese a sebesség fej és a nevező - az érték a sorrendben a súrlódási stressz, ha L vesszük, mint a vastagsága a határréteg. Dinamikus nyomás hajlamos, hogy elpusztítsa az egyensúlyt, és súrlódási erők ennek ellentmondanak. Ugyanakkor nem világos, miért a tehetetlenségi erő (vagy dinamikus nyomás) megváltozásához vezet, csak akkor, ha 1000-szer nagyobb viszkozitású erők.

Számítások és tények

Valószínűleg, kényelmesebben lehet használni, mint egy jellegzetes sebessége Re _CR nem abszolút áramlási sebesség u, és a sebesség perturbáció. Ebben az esetben, a kritikus Reynolds-szám lesz körülbelül 10, azaz amikor meghaladó dinamikus nyomás zavar viszkózus feszültségek alatt 5 alkalommal a lamináris áramlás turbulens folyadék áramlik. Ez a meghatározás Re néhány tudós szerint jól magyarázza a következő kísérletileg bizonyított tényeket.

A tökéletesen egyenletes sebesség profil egy tökéletesen sima felületet hagyományosan száma határozza meg Re _cr tart végtelenbe, azaz, az átmenet valóban bekövetkezik a turbulencia. Itt a Reynolds szám határozza meg a nagyságát a perturbáció sebessége a kritikus érték alá, ami megegyezik a 10.

Jelenlétében a mesterséges turbulenciát, ami loccsanás arány hasonló az alapvető mértéke, az áramlás válik turbulens sokkal alacsonyabb Reynolds-számok, mint Re _cr, meghatároztuk az abszolút értéke a sebesség. Ez lehetővé teszi a használatát az együttható Re _cr = 10, ahol a jellemző sebesség abszolút értéke a sebesség perturbáció okozta a fenti okok miatt.

Stabilitás a lamináris áramlás szabályozásának a csővezeték

A lamináris és turbulens áramlás közös minden típusú folyadékok és gázok különböző körülmények között. A lamináris jellege az áramlási ritkák, és az jellemzi, például, a keskeny földalatti patakok Plains. Sokkal több, ez a kérdés érinti a tudósok keretében a gyakorlati alkalmazás szállítás csővezetéken a víz, olaj, gáz és egyéb folyadékok.

Q lamináris áramlás stabilitása szorosan kapcsolódik a tanulmány zavarja mozgás a fő áramlási. Azt találtuk, hogy befolyásolja az úgynevezett kis zavarások. Attól függően, hogy nőnek vagy elhalványulnak az idő múlásával, az alapvető áramlás tekinthető stabil vagy instabil.

Összenyomható és nem préselhető folyadékok

Az egyik befolyásoló tényezők a lamináris és turbulens áramlás van annak összenyomhatósága. Ez a folyadék a tulajdonság különösen fontos a tanulmány a stabilitás nem stacionárius folyamatok gyors változása a primer áram.

A vizsgálatok azt mutatják, hogy a lamináris áramlás egy össze nem nyomható folyadék a csövekben a hengeres rész ellenáll a viszonylag kis tengelyszimmetrikus és a nem-tengelyszimmetrikus zavarok időben és térben.

Nemrégiben, számításokat kell végrehajtani a zavar hatását a tengelyszimmetrikus áramlási ellenállás a bemeneti szakasz a hengeres cső, ahol a fő áram függ a két koordináta. A koordináta-tengelyek a cső úgy, mint a paraméter, amely hatással van a sebesség profil mentén a sugár a fő áramlási cső.

következtetés

Annak ellenére, hogy évszázadok tanulmányi, nem mondhatjuk, hogy a lamináris és turbulens áramlás alaposan tanulmányozták. Kísérleti tanulmányok a mikro szinten, emelje igénylő új kérdések indokolt számítás indokolni. A természet kutatás alkalmazása és felhasználása: a világ több ezer kilométerre a víz, olaj, gáz és a termék. Minél hosszabb a bevezetett műszaki megoldások csökkentésére turbulencia a szállítás során, annál hatékonyabb lesz.