Laminarinis ir turbulentinis srautas. skysčio tekėjimo režimai

Studijavimas Skysčių ir dujų srauto savybės yra labai svarbios pramonės ir komunalinių paslaugų. Laminarinio ir sūkurinis tekėjimas poveikis vandens transporto norma, naftos, gamtinių dujų vamzdynų įvairiems tikslams, paveikia kitus parametrus. Šios problemos mokslo hidrodinamiką.

klasifikacija

Mokslinėje aplinkoje tekėjimo režimų ir dujų skirstomi į dvi labai skirtingas klases:

• laminarinio (Jet);
• neramūs.

Taip pat atskirti pereinamąjį etapą. Beje, terminas "skystas" turi plačią reikšmę: ji gali būti nesuspaudžiamas (skystis iš tikrųjų yra) A suspaudžiamas (dujos), laidus, ir tt ...

ligos istorija

Kitas Mendelejevas 1880 buvo išreikštas iš dviejų priešpriešinių srautų režimų egzistavimo idėja. Norėdami gauti daugiau informacijos šiuo klausimu išnagrinėjo britų fizikas ir inžinierius Osborne Reynolds, kuris baigė tyrimą 1883. Pirma, praktiškai, o tada naudojant formules ji yra nustatyta, kad už mažą debito skysto transporto tampa laminarinio forma: sluoksniai (dalelių srautas) yra beveik nemaišyti ir judėti išilgai lygiagrečios. Tačiau, po to, kai įveikti tam tikrą kritinę vertę (už skirtingomis sąlygomis ji skiriasi), yra pakeistos pavadinimas Reinoldso skaičius skysčio tekėjimo sąlygos: Jet srautas Chaotišku tampa sūkurinės - t.y., turbulentinis. Kaip paaiškėjo, šie parametrai yra tam tikru mastu įgimtos ir dujos.

Praktinės English mokslininkas skaičiavimai parodė, kad, elgesio pvz, vanduo, yra labai priklauso nuo formos ir matmenų rezervuaro (vamzdžiai, kanalai, kapiliarai, ir tt), kuriame ji įteka. Vamzdžių su apskrita skerspjūvį (pvz naudojamas montavimo slėgio vamzdynų), jos Reinoldso skaičius - formulė iš kritinės būklės yra aprašytas taip: Re = 2300. Norint atidaryti srauto kanalą Reinoldso skaičius yra skirtingi: Re = 900. Dėl mažesnių verčių Re yra padengti, apskritai - chaotiškas.

laminarinis srautas

Skirtingai laminarinė turbulentinis yra pobūdis ir kryptis vandens (dujinė) srautus. Jie perkelti sluoksnius nemaišant ir be pulsacijų. Kitaip tariant, judėjimas vyksta tolygiai be nepastovių šuoliai slėgio kryptį ir greitį.

Laminarinio skysčio srautas yra suformuota, pavyzdžiui, siaurose kraujagyslėse gyvų dalykų, augalai kapiliarus ir panašiomis sąlygomis, esant labai klampių skysčių srovės (mazuto per vamzdyną). Vizualizuoti reaktyvinis srautas yra pakankamas, kad būtų atskleisti šiek tiek čiaupą - vandens gaus tyliai, tolygiai, nemaišant. Jei atsukite čiaupą iki galo, sistemos slėgis pakils, o srautas taps chaotiškas.

turbulentinis srautas

Skirtingai nuo laminarinio, kur kaimyninių dalelės juda išilgai iš esmės lygiagrečios, turbulentinis srautas skysčio yra suiręs pobūdį. Jei mes naudojame Lagranžo metodu, dalelių trajektorijos gali savavališkai sutampa ir elgtis gana nenuspėjamai. Judėjimas skysčių ir dujų šiomis sąlygomis visada yra laikina, su šiais parametrais nonstationarities gali turėti labai platų.

Kaip laminarinio dujų srautas į neramiais režimo pajamų, gali būti stebimas pagal pvz wisps dūmų degančio cigarečių ramiu oru. Iš pradžių, dalelės juda beveik lygiagrečios nepakitęs metu. Rūkymas atrodo fiksuota. Tada tam tikru momentu visi staiga yra dideli sūkuriai, kad juda visiškai atsitiktinai. Šie sūkuriai lūžti į mažesnius - į dar mažesnis ir pan. Galų gale, beveik Nerūkau susimaišo su aplinkos oro.

turbulencijos ciklai

Pateiktas pavyzdys yra vadovėlis, o nuo jo pastabas mokslininkai padarė šias išvadas:

1. Laminarinis ir turbulentinis srautas yra tikimybinis pobūdis: perėjimas iš vieno režimo į kitą nėra tiksliai reikiamoje vietoje, ir gana savavališkas, atsitiktinių vietą.
2. Pirma, yra dideli sūkuriai, kad yra didesnis nei wisps dūmų dydžio. Judėjimas tampa netvirtas ir tvirtai Anizotropinis. Dideli srautai tampa nestabili ir lūžti į mažesnes. Taigi, ten yra sūkurių hierarchija. Judėjimo energija yra perduodama nuo didelių iki mažų, ir šio proceso pabaigoje dingsta - energijos išsklaidymo įvyksta mažų svarstyklių.
3. Turbulentinis srautas yra nepastovus: ypač Vortex gali būti visiškai atsitiktinai, nenuspėjamas vietoje.
4. Maišymo dūmai su aplinkos oru vyksta ne pagal laminarinio srauto, ir neramūs - yra labai intensyvus.
5. Nepaisant to, kad ribinės sąlygos yra stacionarus, pati turbulencija yra ryškus laikini - visos dujų dinamikos parametrus laikui bėgant keisis.

Yra dar vienas svarbus nuosavybė neramumų: ji visada trimatis. Net jei mes manome, vienmatis srautą vamzdyje arba dviejų matmenų paribio sluoksnyje vis dar judesio Turbulencija sūkurių pasireikšti trijų koordinačių ašių kryptimis.

Reynolds numeris: formulė

Perėjimas nuo laminarinio sūkurių būdinga tai, kad vadinamosios kritinės Reinoldso skaičiaus:

_{Iš naujo cr = (ρuL / mkm)} kr,

kur ρ - tankis srautas, u - srautas charakteristika; L - Srauto charakteristika dydį, μ - koeficientą dinaminės klampos, kr - už vamzdžiu su apvalaus skerspjūvio.

Pavyzdžiui, dėl srauto greičio u vamzdžio L yra naudojamas kaip vamzdžio skersmens. Osborne Reynolds parodė, kad šiuo atveju 2300 kr <20000. Skirtumas yra labai didelis, beveik dydžio, tvarka.

Panašus rezultatas gaunamas per pasienio sluoksnio ant plokštelės. Būdingas dydis yra laikomas atstumas nuo priekinio krašto plokštelės, tada 3 × ¹⁰ Gegužės kr <4 × Balandžio ¹⁰ d. Jei L yra apibrėžiamas kaip pasienio sluoksnio storio, 2700 kr <9000. Yra eksperimentiniai tyrimai, kurie parodė, kad Re _kr vertė gali būti dar didesnis.

Iš greičio sutrikdymo samprata

Laminarinio ir sūkurinis skysčio srautas, ir, atitinkamai, kritinė vertė Reinoldso skaičiaus (RE), priklauso nuo daugelio veiksnių. Nuo slėgio gradiento, iš mazgelių šiurkštumo, turbulencijos intensyvumo išorinio srauto, diferencinės temperatūros ir tt patogumui aukščio, šie bendri veiksniai yra vadinami pasipiktinimas greičio nes jie turi tam tikrą įtaką debitui. Jei tai sutrikimas yra mažas, tai gali būti išspręstas klampus jėgas siekiantiems suderinti greičio lauką. Dėl didelių pasipiktinimas dėl srautas gali tapti nestabili ir turbulencija atsiranda.

Atsižvelgiant į tai, kad fizinis reikšmė Reinoldso skaičiaus - inercijos jėgų ir klampių jėgų santykis, apmaudas srautų padengtos pagal formulę:

Iš naujo = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

Skaitiklis yra dvigubai greitis galvos ir vardiklis - reikšmė yra nuo trinties streso tvarka, jei L yra priimtas kaip pasienio sluoksnio storio. Dinaminis slėgis linkęs sunaikinti pusiausvyrą ir trinties jėgų priešintis tai. Tačiau neaišku, kodėl inercijos jėgos (arba greičio slėgis) pasikeisti tik tada, kai jie yra 1000 kartų daugiau klampūs pajėgos.

Skaičiavimai ir faktai

Tikriausiai, daugiau būti patogiai naudojamas kaip būdingą greitį Re _CR nėra absoliuti srauto greitis u, o greitis pasipiktinimas. Šiuo atveju, kritinė Reinoldso skaičius bus apie 10, t.y., kai didesnis kaip dinaminių slėgio trikdymo klampus nuovargį daugiau kaip 5 kartus laminarinio oro srauto į turbulentinis skysčių srautus. Šis apibrėžimas Re pasak kai kurių mokslininkų yra gerai paaiškinti šių eksperimentiškai įrodyta faktais.

Dėl puikiai vienodas greitis aprašymą ant nepriekaištingai lygaus paviršiaus tradiciškai lemia numeriu Re _kr prie begalybės, tai yra, perėjimas iš tikrųjų įvyksta sūkurių. Čia Reinoldso skaičius yra nustatomas pagal pasipiktinimas greičio žemiau kritinės vertės, kuri yra lygi 10 dydžio.

Be dirbtinio neramumų akivaizdoje, todėl splash norma palyginti su bazinės normos, srautas tampa neramius ne daug mažesnis Reinoldso skaičių negu Re _CR, nustatomas pagal absoliutaus vertės greičiu. Tai leidžia Koeficiento Re _kr = 10, kur būdingas greitis yra absoliuti vertė greičio sutrikdymo, kurį sukelia minėtų priežasčių naudojimą.

Stabilumas laminarinio tekėjimo režimo vamzdyno

Sluoksninis ir sūkurinis srautas yra bendri visoms skysčių ir dujų įvairiomis sąlygomis tipų. Sluoksninis pobūdis srauto yra retas ir pasižymi, pavyzdžiui, siauras požeminių upelių lygumose. Daug daugiau, šis klausimas yra susijęs mokslininkų praktinio taikymo transportavimo vamzdynais vandens, naftos, dujų ir kitų skysčių kontekste.

Q laminarinio srauto stabilumas yra glaudžiai susiję su tiriamojo sutrikdyta judesio pagrindinio srauto. Buvo nustatyta, kad įtakos vadinamųjų mažų pasipiktinimas. Priklausomai nuo to, ar jie auga arba išnyks laikui bėgant, pagrindinis srautas yra laikoma stabili ar nestabili.

Už suspaudžiamais, o ne suspaudžiamais skysčių

Vienas iš veiksnių, turinčių įtakos laminarinio ir turbulentinis skysčio srautas yra jos spūdumo. Šis skystis turtas yra ypač svarbus atsižvelgiant į iš nestacionarių procesų sparčios kaitos pirminėje srovės stabilumo tyrimas.

Tyrimai rodo, kad laminarinio srautas nespūdžiu skysčio cilindrinio skyriuje vamzdžių yra atsparus santykinai mažų ašiai simetriška ir ne-ašiai simetriška sutrikimų laiko ir erdvės.

Neseniai, skaičiavimai yra atliekami trikdymų atsparumo ašiai simetriška srauto įleidimo dalyje cilindrinio vamzdžio įtakos kur pagrindinis srovė yra priklausoma nuo dviejų koordinačių. Koordinačių ašis vamzdžio yra laikoma, kad parametro paveikia greičio profilį išilgai pagrindinės srauto vamzdžio spinduliu.

išvada

Nepaisant šimtmečių tyrimo, mes negalime pasakyti, kad laminarinis ir turbulentinis srautas yra kruopščiai studijavo. Eksperimentiniai tyrimai mikro lygiu, kelia naujų klausimų, reikalaujančių pagrįstą skaičiavimo pagrindimą. Tyrimo pobūdis taikymo ir naudojimo: pasaulio tūkstančiai kilometrų vandens, naftos, dujų ir produkto. Kuo ilgiau pristatė techniniai sprendimai vežant sumažinti neramumus, tuo efektyviau bus.