Laminaarinen ja turbulentti virtaus. nesteen virtaus-

Opiskelu ominaisuudet nesteiden ja kaasujen virtaus on erittäin tärkeää, että teollisuuden ja julkisten laitosten. Laminaarisen ja turbulentin virtauksen vaikutus veden kuljetusnopeus, öljyn, maakaasun putkilinjojen eri tarkoituksiin, vaikuttaa muut parametrit. Nämä ongelmat eivät tiedettä hydrodynamiikkaa.

luokitus

Tieteellisessä ympäristössä nesteen virtaus- ja kaasut jaetaan kahteen hyvin eri luokkaa:

• laminaarisen (inkjet);
• myrskyisä.

Myös erottaa siirtymävaiheen. Muuten, termi "neste" on laaja merkitys, se voi olla kokoonpuristumaton (neste itse asiassa on), kokoonpuristuva (kaasu), johtava, jne ...

sairauskertomus

Toinen Mendelejev vuonna 1880 ajatus, että on olemassa kaksi vastakkaista virtaus- ilmaistiin. Lisätietoja tästä asiasta tutkinut brittiläinen fyysikko ja insinööri Osborne Reynolds, jotka suorittivat tutkimuksen 1883. Ensimmäinen, käytännössä, ja sitten kaavojen avulla on havaittu, että alhaisella virtausnopeudella nesteen kuljetus tulee laminaarisessa muodossa: kerrokset (hiukkasten virtaus) on lähes ei sekoita ja siirrä pitkin rinnakkaisia reittejä. Kuitenkin, kun voittaa tietty kriittinen arvo (eri olosuhteissa se on erilainen), otsikon Reynoldsin luku nesteen virtauksen olosuhteet ovat muuttuneet: suihkun virtauksesta tulee kaoottinen pyörre - ts turbulentti. Kuten kävi ilmi, nämä parametrit ovat jossain määrin luonnostaan ja kaasuja.

Käytännön Englanti tutkija laskelmat osoittivat, että käyttäytyminen, esimerkiksi, vesi, on erittäin riippuvainen muoto ja mitat säiliön (putket, kanavat, kapillaarit, jne.), Jossa se virtaa. Putkien, joilla on pyöreä poikkileikkaus (kuten käytetään yhä enemmän painetta putkiston), sen Reynoldsin luku - kaava on kriittinen tila on kuvattu seuraavasti: Re = 2300. avaamiseksi virtauskanavan Reynoldsin luku on erilainen: Re = 900. pienempiä arvoja Re on tilattu, yleensä - kaoottinen.

laminaarinen virtaus

Toisin kuin laminaarinen virtaus turbulentti on luonnetta ja suuntaa veden (kaasu) virtaa. Ne liikkuvat kerrokset sekoittamatta ja ilman sykkeet. Toisin sanoen, liike tapahtuu tasaisesti ilman arvaamaton hyppyjä paineen suunnan ja nopeuden.

Laminaarinen nestevirtaus on muodostettu, esimerkiksi, kapea verisuonten elävien olentojen, kasvit kapillaarit ja vastaavissa oloissa virran ollessa hyvin viskoosisten nesteiden (polttoöljy läpi putken). Visualisoida suihkun virtaus on riittävä paljastaa vähän hana - vesi virtaa hiljaa, tasaisesti, ilman sekoittamista. Jos avaa hana loppuun, järjestelmän paine nousee ja virtaus tulee kaoottinen.

turbulentti virtaus

Toisin kuin laminaarinen, jolloin vierekkäisten partikkelit liikkuvat pitkin olennaisesti yhdensuuntaisia reittejä, turbulentti virtaus neste on epäjärjestyksessä luonteeltaan. Jos käytämme Lagrangen lähestymistapa, lentoradat partikkelit voivat mielivaltaisesti päällekkäin ja käyttäytyvät yhtäkkisesti. Liikkuvuus nesteiden ja kaasujen näissä olosuhteissa on aina ohimeneviä, jossa nämä parametrit nonstationarities voi olla hyvin laaja.

Koska laminaarinen kaasuvirtaus pyörteisissä etenee, voidaan seurata esimerkiksi wisps savu palava savuke tyynellä. Aluksi partikkelit liikkuvat lähes yhdensuuntaiset polkuja muuttumattomana ajan. Savu näyttää kiinteä. Sitten jossain vaiheessa yhtäkkiä on suuria pyörteitä, jotka liikkuvat täysin sattumanvaraisesti. Nämä pyörteet hajottaa pienempiin - vielä pienemmiksi ja niin edelleen. Lopulta, lähes savu sekoittuu ympäröivään ilmaan.

turbulenssi sykliä

Yllä oleva esimerkki on oppikirja, ja hänen havaintojen tutkijat ovat tehneet seuraavat johtopäätökset:

1. Laminaarisen ja turbulentin virtauksen ovat probabilistinen luonteeltaan: siirtyminen tilasta toiseen ei ole täsmälleen oikeassa paikassa, ja melko mielivaltaisesti, satunnaiseen paikkaan.
2. Ensinnäkin on olemassa suuria pyörteitä, jotka ovat suurempia kuin koko wisps savua. Liikkeestä tulee epävakaa ja voimakkaasti anisotrooppisia. Suuret virrat muuttuu epävakaaksi ja hajoaa pienemmiksi ja pienempi. Näin ollen on hierarkia pyörteitä. Energia liike siirretään suurista pieniin, ja lopussa tämän prosessin katoaa - energiahäviötä tapahtuu pienessä mittakaavassa.
3. Turbulentti virtaus on arvaamaton: erityisesti pyörre voi olla täysin satunnainen, arvaamaton paikka.
4. Sekoittamalla savua ilmassa ei tapahdu laminaarivirtausolosuhteissa, ja turbulentti - on erittäin intensiivinen.
5. Huolimatta siitä, että reunaehdot ovat paikallaan, turbulenssi itsessään on korostunut ohimeneviä - kaikki kaasudynaaminen parametrit muuttuvat ajan myötä.

On toinenkin tärkeä ominaisuus turbulenssi: se on aina kolmiulotteinen. Vaikka pidämme yksiulotteinen virtaus putkessa tai kaksiulotteisen rajakerroksessa yhä liikkeen myrskyisä pyörteet esiintyy suuntaan kolmen koordinoida akseleita.

Reynoldsin luku: kaava

Siirtyminen laminaarisesta turbulenssi tunnettu siitä, että niin sanottu kriittinen Reynoldsin luku:

_{Re op = (ρuL / μ)} op,

jossa ρ - tiheys virta, u - virtausnopeus ominaisuus; L - virtauskuva koko, μ - kerroin dynaamisen viskositeetin, op - varten, jonka putken poikkileikkaus on pyöreä.

Esimerkiksi virtauksen nopeudella u putkeen L käytetään putken halkaisija. Osborne Reynolds osoitti, että tässä tapauksessa, 2300 cr <20000. Leviäminen on hyvin suuri, lähes kertaluokkaa.

Samanlainen tulos saadaan rajakerroksen kiekolle. Tunnusomainen koko otetaan etäisyys etureunasta levyn, ja sitten 3 x ¹⁰ toukokuuta cr <4 x ^10. Jos L on määritelty paksuus rajakerroksen, 2700 cr <9000. On kokeellisia tutkimuksia, jotka ovat osoittaneet, että arvo Re _op voi olla vieläkin suurempi.

Käsite nopeuden perturbation

Laminaarisen ja turbulentin nestevirtauksen, ja näin ollen kriittinen arvo Reynoldsin luku (Re), riippuu monista tekijöistä. From painegradientti, korkeus kuoppia karheus, turbulenssin voimakkuus ulkoisen virtauksen, ero lämpötila, jne. Yksinkertaisuuden vuoksi nämä aggregaatti tekijät kutsutaan häiriön nopeus koska niillä on tietty vaikutus virtausnopeuteen. Jos tämä häiriö on pieni, se voidaan ratkaista viskoosi voimat pyrkivät kohdistamaan nopeuskenttä. Suurille häiriöiden virtaus voi tulla epävakaa, ja turbulenssi tapahtuu.

Ottaen huomioon, että fyysinen merkitys Reynoldsin luku - suhde hitausvoimien ja viskoosi voimia, kaunaa virrat, joita on kaava:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ x (u / l )).

Osoittaja on kaksi kertaa nopeus pään ja nimittäjä - arvo on suuruusluokkaa kitkan stressiä, jos L on otettu paksuus rajakerroksen. Dynaaminen paine pyrkii tuhoamaan tasapainon ja kitkavoimat vastustaa tätä. On kuitenkin epäselvää, miksi Inertiavoimat (tai nopeuden paine) aiheuttaa muutoksia vain, jos ne ovat 1000 kertaa enemmän sakea voimia.

Laskelmat ja faktat

Todennäköisesti lisää sopivasti käyttää ominaisuutena nopeus Re _CR ole ehdoton virtausnopeus u, ja nopeus häiriön. Tässä tapauksessa kriittinen Reynoldsin luku on noin 10, eli kun suurempi dynaamisen paineen häiriö viskoosi rasitukset 5 kertaa laminaarinen virtaus turbulenttiseksi virtaa. Tämä määritelmä Re joidenkin tiedemiesten on hyvin selitetty seuraavalla kokeellisesti todistettu tosiasiat.

Ja täysin yhtenäinen nopeusprofiili on täysin sileä pinta on perinteisesti määritetty useissa Re _op pyrkii äärettömyyteen, eli siirtyminen todella tapahtuu turbulenssia. Tässä Reynoldsin luku määritetään suuruus häiriön nopeuden alle kriittisen arvon, joka on yhtä suuri kuin 10.

Kun läsnä on keinotekoinen turbulenssi, mikä aiheuttaa roiske nopeus verrattavissa perustaso, virtaus tulee pyörteinen paljon pienempi Reynoldsin luvuilla kuin Re _op, määritetään absoluuttinen arvo nopeuden. Tämä mahdollistaa käytön kerroin Re _op = 10, jossa ominaisuus nopeus on absoluuttinen arvo nopeuden häiriön aiheuttama edellä mainituista syistä.

Vakaus laminaarivirtausolosuhteissa valmisteilla

Laminaarisen ja turbulentin virtauksen on yhteinen kaikille eri nesteiden ja kaasujen eri olosuhteissa. Laminaarisen luonne virtauksen ovat harvinaisia ja on tunnusomaista, esimerkiksi kapea maanalainen virtoja Plains. Paljon enemmän, tämä kysymys on huolestuttavaa tutkijoiden yhteydessä käytännön soveltamista kuljetusta varten putkiston vesi, öljy, kaasu ja muut nesteet.

Q laminaarivirtausmittaria vakaus liittyy läheisesti tutkimuksen häiriintynyt liikettä päävirtauksen. Todettiin vaikuttavan ns pienet häiriöt. Riippuen siitä, onko ne kasvavat tai kuihtuu ajan myötä, perus virtaus pidetään vakaana tai epävakaa.

Kokoonpuristuville eikä puristettavissa nesteitä

Yksi tekijöistä, jotka vaikuttavat laminaarinen ja turbulentti nesteen virtaus on sen kokoonpuristuvuus. Tämän fluidin ominaisuus on erityisen tärkeä tutkimuksessa vakautta kuin paikallaan prosessien nopean muutoksen ensiövirta.

Tutkimukset osoittavat, että laminaarinen kokoonpuristumattomalla nesteellä putkissa Lieriöosan kestää suhteellisen pieni aksiaalisymmetristä ja ei-aksiaalisymmetrisen häiriöitä aikaa ja tilaa.

Äskettäin, laskelmat suoritetaan vaikutuksesta häiriöiden akselisymmetrisiä virtausvastus suuosa sylinterimäisen putken, jossa päävirta on riippuvainen kahden koordinaatit. Koordinaattiakseli putken pidetään parametri, joka vaikuttaa nopeusprofiilin sädettä pitkin päävirtausputkessa.

johtopäätös

Huolimatta vuosisatojen tutkimuksen, emme voi sanoa, että laminaarinen ja turbulentti virtaus tutkittu perusteellisesti. Kokeelliset tutkimukset mikrotasolla, nostaa uusia kysymyksiä, jotka edellyttävät perustellun laskelman perustelu. Tutkimuksen luonteen vuoksi on sovellus ja käyttö: maailman tuhansia kilometrejä veden, öljyn, kaasun ja tuote. Mitä pidempi käyttöön teknisiä ratkaisuja turbulenssin vähentyminen kuljetuksen aikana, sitä tehokkaampaa se on.