undersøgelse af de egenskaber af flydende og gasstrømme er meget vigtigt for industrien og offentlige forsyningsvirksomheder.Den laminare og turbulente strømninger påvirker hastigheden af transport af vand, olie, naturgas rørledninger til forskellige applikationer, påvirker de andre parametre.Disse problemer gør videnskab hydrodynamik.
Klassifikation
Den videnskabelige miljø flow regimer i væsker og gasser er opdelt i to helt forskellige klasser:
- laminar flow (JET);
- turbulente.
skelne også overgangsfase.I øvrigt, at udtrykket "flydende" har en bred betydning: det kan være usammentrykkeligt (det er faktisk en væske), komprimerbar (gas), ledende, og så videre D.
Baggrund
anden Mendeleev i 1880, blev det foreslået.eksistensen af to modsatrettede modes tendenser.Flere detaljer om dette emne undersøgt den britiske fysiker og ingeniør Osborne Reynolds, gennemført en undersøgelse i 1883.Først næsten, og derefter bruge formlen, fandt han, at ved lav hastighed flowet bliver laminar strømning af væsker formular: lag (strømme af partikler) er næsten blandet og bevæge sig langs parallelle baner.Men efter at have overvundet en vis kritisk værdi (for forskellige forhold er det anderledes), kaldet Reynolds antallet af fluid flow regimer ændrer jetstrøm bliver kaotisk vortex - det er turbulent.Det blev konstateret, at disse parametre er særegne for en vis grad og gasser.
praktiske beregninger Britiske forskere har vist, at adfærd, for eksempel vand, er stærkt afhængig af formen og størrelsen af tanken (rør, kanaler, kapillarrør etc.), hvor det flyder.Rørene har et cirkulært tværsnit (disse bruges til montering pres rørledninger), dens Reynolds tal - er formlen for den kritiske tilstand beskrives som: Re = 2300. For strømmen af åbne kanaler Reynolds tal mere: Re = 900. Ved lavere værdier af Re for der er bestilt,på fri fod - kaotisk.
Laminar flow
forskellen mellem laminar flow turbulens har karakter og retning af vandet (gas) strømmer.De bevæger lag, uden at blande og uden svingningerne.Med andre ord, bevægelsen foregår ensartet uden uberegnelige spring i retning og hastighed tryk.
laminar strømning er dannet, for eksempel i de smalle blodkar i levende væsener og planter kapillærer under sammenlignelige betingelser, ved en strøm på meget tyktflydende væsker (olieledninger).For at visualisere jetstrøm, at en hel afsløre hanen - vandet vil flyde stille og roligt, jævnt, uden blanding.Hvis du skrue vandhanen indtil udgangen, vil systemet trykket stige og strømmen bliver kaotisk.
Turbulent flow
modsætning laminar, hvor partiklerne bevæger sig langs de nærliggende næsten parallelle veje, væskestrøm turbulent er tilfældigt i naturen.Hvis vi bruger den Lagrange tilgang, kan de baner partiklernes vilkårligt forstyrre og opfører sig ganske uforudsigeligt.Bevægelse af væsker og gasser i disse betingelser er altid forbigående og parametrene for disse ikke-stationære kan have en meget bred vifte.
Hvor laminar gasstrøm bliver turbulent, kan spores på eksemplet med strejf af røg af en brændende cigaret i stillestående luft.I første omgang partiklerne bevæger sig næsten parallelle baner uændret i tiden.Røg synes fast.Så på et tidspunkt pludselig dukke store hvirvler, der bevæger sig helt tilfældigt.Disse hvirvler sønderdeles i mindre - for endnu mindre og så videre.Endelig røgen er næsten blandes med den omgivende luft.
Cycles turbulens
Ovenstående eksempel er en lærebog, og fra hans observationer forskere har foretaget følgende konklusioner:
- Laminar og turbulent strømning er probabilistiske i naturen: overgangen fra en ordning til en anden er ikke i præcis det rigtige sted, og i en temmelig vilkårlig, tilfældigeplacering.
- første store hvirvler forekommer der er større end størrelsen af totter af røg.Bevægelse bliver ustabil og stærkt anisotrope.Store strømme bliver ustabile og bryde op i mindre og mindre.Der er således et hierarki af hvirvler.Energien af bevægelse overføres fra store til små, og i slutningen af denne proces forsvinder - der er energioptagelse på små skalaer.
- turbulent strømning er uregelmæssig: en bestemt hvirvel kan være i en helt tilfældig, uforudsigelig sted.
- Blanding røg med den omgivende luft ikke finder sted i laminar og turbulent - er meget intens.
- På trods af, at de randbetingelser er stationære, turbulensen selv har en udtalt forbigående - alle gas-dynamiske parametre ændres med tiden.
Der er en anden vigtig egenskab ved turbulens: det er altid tre-dimensionelle.Selv hvis vi betragter den endimensionale strømning i et rør eller todimensional grænselag, er det stadig bevægelse turbulente hvirvler forekommer i de retninger, de tre akser.
Reynolds tal: formlen
overgang fra laminar til turbulens præget af den såkaldte kritiske Reynolds tal:
Recr = (ρuL / μ) cr,
hvor ρ - massefylde af strømmen, u - den karakteristiske hastighed af strømmen;L - karakteristiske størrelse af strømmen, u - dynamiske viskositetskoefficient, cr - over på et rør med et cirkulært tværsnit.
eksempel at flyde med hastigheden u i røret, da rørdiameteren L bruges.Osborne Reynolds viste, at i dette tilfælde 2300 & lt; Recr & lt;20000. Spredningen er meget stor, næsten en størrelsesorden.
lignende resultat opnås i grænselaget på en plade.Den karakteristiske dimension er taget væk fra forkanten af pladen, og derefter 3 x 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Hvis L er defineret som tykkelsen af grænselaget, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Der er eksperimentelle undersøgelser, der har vist, at værdien af Recr kan være endnu større.
begrebet hastighed perturbation
laminar og flow turbulent fluid, og følgelig den kritiske værdi af Reynolds tal (Re) afhænger af mange faktorer:. Trykgradienten, højden af bakker ruhed, turbulensintensitet i den eksterne flow, temperatur og så videre For nemheds skyldDisse faktorer kaldes samlet indignation hastighed, da de har en vis indflydelse på strømningshastigheden.Hvis dette forstyrrelse er lille, kan det blive tilbagebetalt viskose kræfter, der søger at tilpasse feltet hastighed.For store forstyrrelser inden kan blive ustabilt, og der er turbulens.
Da den fysiske betydning af Reynolds tal - forholdet mellem inertikræfter og viskose kræfter, flowforstyrrelser omfattet af formlen:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (U / l)).
Tælleren er dobbelt hastighed hoved, og nævneren - værdien af at have den procedure friktion stress, hvis L tages som tykkelsen af grænselaget.Dynamiske tryk tendens til at ødelægge balancen og friktionskræfter imod dette.Det er imidlertid uklart, hvorfor inerti kraft (eller dynamisk tryk) ændrer kun, når de er 1.000 gange mere viskøse kræfter.
beregninger og fakta
sandsynligvis mere praktisk at blive brugt som en karakteristisk hastighed Recr ikke absolut strømningshastighed u, og hastigheden forstyrrelse.I dette tilfælde vil den kritiske Reynolds tal være omkring 10, der er i overskud af dynamisk tryk perturbation i de viskose spændinger 5 gange den laminare strømning til en turbulent fluid strømmer.Denne definition Re ifølge nogle forskere er godt forklares ved følgende eksperimentelt bevist fakta.
til perfekt jævn hastighedsprofil på en perfekt glat overflade traditionelt bestemt af antallet Recr går mod uendelig, det vil sige overgangen til turbulens er faktisk ikke der.Men Reynolds tal bestemmes ud fra hastigheden perturbation er mindre end den kritiske værdi, som er lig med 10.
tilstedeværelsen af kunstige turbulens, hvilket medfører en stigning i hastighed, der kan sammenlignes med prime rate, bliver strømningen turbulent med meget lavere Reynolds tal end Recr visse absoluttehastighedsværdi.Dette gør det muligt at bruge værdien af koefficienten Recr = 10, hvor den karakteristiske hastighed er den absolutte værdi af hastigheden perturbation forårsaget af de ovennævnte grunde.
stabilitet laminar flow regime i støbeskeen
Laminar og turbulent strømning karakteristisk for alle former for væsker og gasser i forskellige miljøer.I naturen, laminare strømninger er sjældne og karakteriseret, for eksempel, at indsnævre underjordiske vandløb i lavlandet.Meget mere bekymrede over dette spørgsmål i forbindelse med videnskabelige applikationer til rørledningen transport af vand, olie, gas og andre væsker.
spørgsmålstegn stabilitet laminar strømning er tæt forbundet med studiet af den afbrudte bevægelse af hovedstrømmen.Det viser sig at være påvirket af de såkaldte små forstyrrelser.Afhængigt af, om de vokser eller falmer over tid, er den grundlæggende flow betragtes stabil eller ustabil.
komprimerbare og komprimerbare væsker
En af de faktorer, der påvirker laminar og turbulent strømning af væsken er dens sammentrykkelighed.Denne egenskab af fluidet er især vigtigt i studiet af stabiliteten af ikke-stationære processer i en hurtig ændring af hovedstrømmen.
Undersøgelser viser, at den laminare strømning af en inkompressibel væske i en cylindrisk rørsektion resistente over for relativt små aksesymmetrisk og ikke-aksesymmetriske forstyrrelser i tid og rum.
nylig er beregningerne udført på påvirkning af forstyrrelser på aksesymmetrisk strømningsmodstand i indløbet del af det cylindriske rør, hvor hovedstrømmen er afhængig af de to koordinater.Koordinataksen af røret betragtes som en parameter, der afhænger af hastighedsprofilen af hovedstrømmen pipe radius.
Konklusion Trods århundreders studier, kan man ikke sige, at laminar og turbulent strømning grundigt undersøgt.Eksperimentelle undersøgelser af mikroniveau udgør nye spørgsmål, der kræver en begrundet beregning begrundelse.Arten af forskningen anvendes og fordelen: verden lagde tusinder af kilometer vand, olie, gas og produkt.De mere tekniske løsninger implementeres for at reducere turbulens under transport, jo mere effektiv vil det være.
