изследване на свойствата на течните и газовите потоци е много важно за индустрията и обществените услуги.Пластинчатите и турбулентни потоци отразява на скоростта на транспортиране на вода, масла, тръбопроводи за природен газ за различни приложения, се отразява на останалите параметри.Тези проблеми правят наука хидродинамиката.
Класификация
Научната среда режими на течности и газове потоци са разделени в две напълно различни класове:
- за ламинарен поток (струя);
- бурна.
също се разграничи преходен етап.Между другото, терминът "течност" има широк смисъл: тя може да бъде несвиваема (той всъщност е течен), свиваема (газ), провеждане и т.н. D.
Background
Друг Менделеев през 1880 г., беше предложено.съществуването на две противоположни тенденции режими.Повече подробности за този въпрос, разгледани на британския физик и инженер Osborne Рейнолдс, завършени проучване през 1883.Първо, на практика, и след това се използва формулата, той открил, че при ниска скорост на потока става ламинарен поток на течности форма: слоеве (потоци от частици) е почти смесени и се движат по паралелни прави.Въпреки това, след преодоляване на определена критична стойност (за различни условия е различно), наречена числото на Рейнолдс от режими на флуида на променящия се поток струя става хаотично завихряне - това е бурна.Установено е, че тези параметри са специфични за известна степен и газове.
практически изчисления британски учени са показали, че поведението на, например, вода, силно зависи от формата и размера на резервоара (тръби, канали, капиляри и т.н.), в която протича.Тръбите, имащи кръгло сечение (тези средства се използват за монтиране на напорни тръбопроводи), неговото число на Рейнолдс - формулата на критичното състояние се описват като: Re = 2300. За потока на открити канали с числото на Рейнолдс по-: Re = 900. При по-ниски стойности на Re за се поръчватнай-голяма - хаотична.
ламинарен поток
разлика между турбуленция ламинарен поток е в характера и посоката на водата (газ) потоци.Те се движат слоеве, без да се смесват и без пулсации.С други думи, движението се извършва равномерно, без хаотични скокове в насочването на налягането и скоростта.
ламинарен поток е образуван, например, в тесните кръвоносните съдове на живи същества и растения капиляри при сравними условия, при ток на много сгъстени течности (петролопроводи).За да визуализирате поток струя, съвсем малко, за да разкрие крана - водата ще тече тихо, равномерно, без да се смесват.Ако развийте кранчето до края, налягането в системата ще се увеличи и потока ще стане хаотична.
турбулентен поток
разлика ламинарен, в която частиците се движат по протежение на близката почти успоредни пътеки, бурна флуиден поток е случаен характер.Ако използваме Лагранж подход, траекториите на частиците може да бъде произволно се намесват и да се държат доста непредсказуемо.Движение на течности и газове в тези условия винаги е преходно, и параметрите на тези извънболнична могат да имат много широк диапазон.
Как поток ламинарен газ става бурна, могат да бъдат проследени по примера на струйки дим от горяща цигара в неподвижния въздух.Първоначално, частиците се движат почти паралелни пътеки непроменени във времето.Smoke изглежда фиксиран.Тогава в един момент изведнъж се появяват големи водовъртежи, които се движат напълно произволно.Тези вихри се разпадат на по-малки такива - за още по-малък и така нататък.Накрая, димът е почти смесва с околния въздух.
Cycles сътресения
Горният пример е учебник, и от наблюденията си учените са направени следните изводи:
- ламинарен и турбулентен поток са вероятностен в природата: прехода от един режим към друг не е в точно на мястото си, и по-скоро произволна, случайнанаселено място.
- първата големи вихри се появят, че са по-големи от размера на струйки дим.Движението става нестабилна и силно анизотропна.Големи потоци станат нестабилни и се разпадат на по-малки и по-малки.По този начин, съществува йерархия на водовъртежи.Енергията на движение се предава от големи до малки, и в края на този процес изчезва - има загуба на енергия в малки мащаби.
- турбулентен поток е неравномерно: конкретен завихряне може да бъде в напълно случаен, непредсказуем място.
- Смесване дим с атмосферния въздух не се проведе в ламинарен и турбулентен - е много интензивен.
- Въпреки факта, че граничните условия са неподвижни, самата сътресения има ясно изразен преходен характер - всички параметри на газ-динамично се променят с времето.
Има и друг важен собственост на турбуленция: тя винаги е триизмерна.Дори ако вземем предвид едномерна поток в тръба двумерен граничен слой, тя все още е движението на турбулентните вихри се случи в посоките на трите оси.
число на Рейнолдс: формулата
прехода от ламинарен да турбуленция характеризира с така наречената критична числото на Рейнолдс:
Recr = (ρuL / μ) кр,
където ρ - плътност на потока, ф - характерната скорост на потока;L - характерен размер на потока, ц - коефициент динамичен вискозитет, кр - над по тръба с кръгло сечение.
например, да тече със скорост ф в тръбата като се използва тръба с диаметър L.Osborne Рейнолдс показа, че в този случай 2300 & LT; Recr & LT;20000. Спредът е много голяма, почти един порядък.
подобен резултат е получен в граничния слой на плоча.Характерният измерение е взето далеч от предния ръб на плаката, а след това и 3 × 105 & LT; Recr & LT;4 × 104.Ако L е дефиниран като дебелината на граничния слой, 2,700 и LT; Recr & LT;9000. Има експериментални изследвания, които показват, че стойността на Recr може да бъде дори по-голяма.
концепция за скорост смущение
ламинарен и турбулентен поток течност, и съответно, критичната стойност на числото на Рейнолдс (Re) зависи от много фактори:. Градиента на налягане, височината на хълмчета грапавост, интензитет турбуленция във външния поток, температура и т.н. За удобство,Тези фактори се наричат обща скорост на възмущение, тъй като те имат известно влияние върху скоростта на потока.Ако това смущение е малка, тя може да бъде погасен вискозни сили, които искат да се приведе в съответствие полето за скорост.За по-големи сътресения в рамките може да стане нестабилен и има турбуленция.
предвид, че физическата смисъла на числото на Рейнолдс - съотношението на инерционните сили и сгъстени сили, нарушения на потока, обхванати от формула:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ х (U / L)).
Числителят е два пъти по главата скорост, а знаменателят - стойността на триене като стрес процедура, ако L е взета като дебелината на граничния слой.Dynamic налягане има тенденция да унищожи силите на баланси и фрикционни се противопоставят на това.Въпреки това, не е ясно защо инерционната сила (или динамичното налягане) се променя само когато те са 1000 пъти по-вискозни сили.
изчисления и факти
вероятно по-удобно да се използва като характерна скорост Recr не абсолютната скорост на потока ф, и скорост на смущение.В този случай, критичната числото на Рейнолдс ще бъде около 10, което е повече от динамично смущение налягане над вискозни напрежения 5 пъти потока ламинарен да бурна флуидни потоци.Това Re според някои учени определение е добре обяснено от следните експериментално доказани факти.
перфектно равномерна скорост профил на идеално гладка повърхност традиционно се определя от броя Recr се стреми към безкрайността, т.е. прехода към турбулентност всъщност не е налице.Но числото на Рейнолдс, се определя от скоростта на смущаването е по-малка от критичната стойност, която е равна на 10.
присъствието на изкуствено турбуленция, предизвиквайки вълна от скорост, сравнима с основния лихвен процент, потокът става бурна при много по-ниска с числото на Рейнолдс, отколкото Recr, определена абсолютнастойност на скоростта.Това позволява да се използва стойността на коефициента Recr = 10, където скоростта характеристика е абсолютната стойност на скоростта на смущение, причинено от по-горе причини.
стабилността на режима ламинарен поток в тръбопровода
ламинарен и турбулентен характеристика на всички видове течности и газове в различни среди поток.В природата, ламинарни потоци са редки и характеризирани, например, да се стесни подземни потоци в равнините.Много по-загрижени за този въпрос в контекста на научни приложения за превоз тръбопровод на вода, нефт, газ и други флуиди.
въпрос стабилността на ламинарен поток е тясно свързана с изучаването на нарушеното движение на основния поток.Установено е, че са засегнати от така наречените малки сътресения.В зависимост от това дали те се отглеждат или избледняване с течение на времето, основния поток се смята за стабилна или нестабилна.
свиваеми и свиваеми флуиди
Един от факторите, влияещи върху ламинарен и турбулентен поток на флуида е неговата способност за таблетиране.Това свойство на течността е особено важно в изследване на стабилността на нестационарни процеси в бърза промяна на основния поток.
Проучванията показват, че за ламинарен поток на несвиваем флуид в цилиндрична тръбна секция устойчиви на сравнително малка ротационно-симетрични и не-ротационно-симетрични пертурбации в пространството и времето.
Напоследък се извършват изчисления за влиянието на смущенията на съпротивлението на ротационно-симетрични поток във входната част на цилиндрична тръба, където основната тока зависи от двете координати.На координатната ос на тръбата се счита като параметър, който зависи от профила на скорост на главния радиус тръба поток.
Заключение Въпреки векове на проучване, човек не може да се каже, че за ламинарен и турбулентен поток проучени задълбочено.Експериментални изследвания на микро ниво поставят нови въпроси, изискващи обосновано изчисление обосновка.Естеството на изследване се прилага и в полза: света, предвидена хиляди километри на вода, нефт, газ и продукт.По-техническите решения, прилагани за намаляване на турбуленция по време на транспортиране, толкова по-ефективно ще бъде.
