Flujo laminar y turbulento.

de las propiedades de los flujos de líquido y gas es muy importante para la industria y los servicios públicos.El laminar y flujos turbulentos afecta a la velocidad de transporte de agua, aceite, tuberías de gas natural para diversas aplicaciones, afecta a los otros parámetros.Estos problemas hacen hidrodinámica ciencia.

Clasificación

El entorno científico regímenes de flujo de líquidos y gases se dividen en dos clases completamente diferentes: flujo laminar

• (chorro);
• turbulento.

también distinguir etapa de transición.Por cierto, el término "líquida" tiene un significado amplio: puede ser incompresible (en realidad es un líquido), compresible (gas), llevando a cabo, y así sucesivamente D.

Antecedentes

Otra Mendeleev en 1880, se sugirió.la existencia de dos tendencias opuestas modos.Más detalles sobre este tema examinaron el físico e ingeniero británico Osborne Reynolds, completaron un estudio en 1883.En primer lugar, prácticamente, y luego usar la fórmula, se encontró con que a baja velocidad del flujo se convierte en flujo laminar de forma líquidos: capas (corrientes de partículas) es casi mixta y se mueven por caminos paralelos.Sin embargo, después de superar un cierto valor crítico (para diferentes condiciones es diferente), llamado el número de Reynolds de los regímenes de flujo de fluidos están cambiando la corriente en chorro se convierte en torbellino caótico - que es turbulento.Se encontró que estos parámetros son peculiares en cierta medida y los gases.

cálculos prácticos científicos británicos han demostrado que el comportamiento de, por ejemplo, agua, es altamente dependiente de la forma y el tamaño del tanque (tuberías, canales, capilares, etc.), en el que fluye.Los tubos que tienen una sección transversal circular (éstos se utilizan para el montaje de tuberías de presión), su número de Reynolds - la fórmula del estado crítico se describe como: Re = 2300. Para el flujo de canales abiertos número de Reynolds más: Re = 900. A valores más bajos de Re para se ordena,en general - caótico.

Laminar diferencia

flujo entre la turbulencia de flujo laminar se encuentra en la naturaleza y la dirección del agua (gas) fluye.Se mueven las capas, sin mezcla y sin pulsaciones.En otras palabras, el movimiento tiene lugar de manera uniforme y sin saltos erráticos en la dirección de la presión y la velocidad.Se forma un flujo laminar

, por ejemplo, en los estrechos vasos sanguíneos de criaturas y plantas capilares viviendo en condiciones comparables, a una corriente de fluidos muy viscosos (oleoductos).Para visualizar la corriente en chorro, un poco para revelar el grifo - el agua fluirá en voz baja, de manera uniforme, sin mezclar.Si desenroscar el grifo hasta el final, la presión del sistema se levantará y el flujo se convertirá en un caos.

turbulento flujo

diferencia de laminar en el que las partículas se mueven a lo largo de las rutas de cercanías prácticamente paralelas, el flujo de fluido turbulento es al azar en la naturaleza.Si utilizamos el método de Lagrange, las trayectorias de las partículas pueden interferir arbitrariamente y se comportan bastante impredecible.Movimiento de líquidos y gases en estas condiciones es siempre transitoria, y los parámetros de estos no estacionaria puede tener una gama muy amplia.

Cómo flujo de gas laminar se vuelve turbulento, puede rastrearse en el ejemplo de volutas de humo de un cigarrillo encendido en el aire quieto.Inicialmente, las partículas se mueven caminos casi paralelos sin cambios en el tiempo.Humo parece fijo.Entonces en algún momento pronto surgirán grandes remolinos que se mueven completamente al azar.Estos vórtices se desintegran en otros más pequeños - para aún más pequeño y así sucesivamente.Por último, el humo es casi mezclado con el aire ambiente.

Ciclos turbulencias

El ejemplo anterior es un libro de texto, y de sus observaciones los científicos han hecho las siguientes conclusiones:

1. laminar y flujo turbulento son probabilístico en la naturaleza: la transición de un régimen a otro no es exactamente en el lugar correcto, y de una forma bastante arbitraria, al azarubicación.
2. primero grandes vórtices ocurren que son más grandes que el tamaño de las volutas de humo.Movimiento se convierte en inestable y fuertemente anisótropo.Flujos grandes se vuelven inestables y se rompen en pequeños y más pequeños.Por lo tanto, existe una jerarquía de remolinos.La energía de movimiento se transfiere de grande a pequeño, y al final de este proceso desaparece - no hay disipación de energía a pequeñas escalas.
3. flujo turbulento es irregular: un vórtice en particular puede ser en un lugar impredecible completamente al azar.
4. humo de mezcla con el aire ambiente no tiene lugar en laminar y turbulento en - es muy intenso.
5. A pesar de que las condiciones de contorno son estacionarias, la propia turbulencia tiene un transitorio pronunciada en la naturaleza - todos los parámetros de gas dinámico cambian con el tiempo.

Hay otra propiedad importante de la turbulencia: siempre es tridimensional.Incluso si tenemos en cuenta el flujo unidimensional en un tubo o capa límite de dos dimensiones, es todavía el movimiento de los vórtices turbulentos ocurrir en las direcciones de los tres ejes.Número

Reynolds: la fórmula

transición de laminar a la turbulencia caracteriza por el denominado número de Reynolds crítico:

Recr = (ρuL / μ) cr,

donde ρ - densidad de la corriente, u - la velocidad característica del flujo;L - tamaño característico del flujo, mu - coeficiente de viscosidad dinámica, cr - Más en un tubo con una sección transversal circular.Ejemplo

, fluya con velocidad u en la tubería que se utiliza el diámetro de la tubería L.Osborne Reynolds demostró que en este caso 2,300 & lt; Recr & lt;20000. La propagación es muy grande, casi un orden de magnitud.

resultado similar se obtiene en la capa límite en un plato.La dimensión característica es llevado desde el borde frontal de la placa, y luego el 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Si L se define como el espesor de la capa límite, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Hay estudios experimentales que han demostrado que el valor de Recr puede ser aún mayor.

concepto de perturbación velocidad

laminar y el flujo de fluido turbulento, y en consecuencia, el valor crítico del número de Reynolds (Re) depende de muchos factores:. El gradiente de presión, la altura de montículos rugosidad, la intensidad de la turbulencia en el flujo externo, la temperatura y así sucesivamente Por conveniencia,Estos factores se denominan tasa total indignación, ya que tienen una cierta influencia en la velocidad de flujo.Si esta perturbación es pequeña, puede ser pagado fuerzas viscosas que buscan para alinear el campo de velocidad.Para grandes perturbaciones dentro puede volverse inestable, y hay turbulencias.

Dado que el significado físico del número de Reynolds - la relación de fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas, las perturbaciones del flujo cubiertos por la fórmula:

Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (u / L)).

El numerador es el doble de la carga de velocidad, y el denominador - el valor de tener la tensión de fricción procedimiento, si L se toma como el espesor de la capa límite.Presión dinámica tiende a destruir las fuerzas de equilibrio y de fricción se oponen a esto.Sin embargo, no está claro por qué la fuerza de inercia (o presión dinámica) cambia sólo cuando son 1.000 veces más fuerzas viscosas.Cálculos y hechos

probablemente más convenientes

para ser utilizado como una velocidad característica Recr no velocidad de flujo absoluta u, y la perturbación de la velocidad.En este caso, el número de Reynolds crítico será de aproximadamente 10, es decir en exceso de la perturbación de presión dinámica en los esfuerzos viscosos 5 veces el flujo laminar a una turbulentos flujos de fluidos.Esta definición Re según algunos científicos está bien explicado por los siguientes hechos probados experimentalmente.

al perfil de velocidad perfectamente uniforme sobre una superficie perfectamente lisa se determina tradicionalmente por el número Recr tiende a infinito, es decir, la transición a la turbulencia no es realmente allí.Pero número de Reynolds se determina a partir de la perturbación velocidad es menor que el valor crítico, que es igual a 10.

la presencia de turbulencia artificial, provocando un aumento de la velocidad, comparable a la tasa preferencial, el flujo se vuelve turbulento número mucho menor Reynolds que Recr, cierta absolutavalor de la velocidad.Esto permite utilizar el valor del coeficiente de Servicio de h = 10, donde la velocidad característica es el valor absoluto de la velocidad de la perturbación causada por las razones anteriores.

estabilidad del régimen de flujo laminar en la tubería

Laminar y característico flujo turbulento de todo tipo de líquidos y gases en diferentes entornos.En la naturaleza, los flujos laminares son poco frecuentes y se caracteriza, por ejemplo, para estrechar las corrientes subterráneas en las llanuras.Mucho más preocupado por este tema en el contexto de las aplicaciones científicas para el transporte por ductos de agua, petróleo, gas y otros fluidos.

cuestionan la estabilidad de flujo laminar está estrechamente relacionado con el estudio del movimiento perturbada del flujo principal.Se encuentra a ser afectados por los llamados pequeñas perturbaciones.Dependiendo de si están creciendo o decoloración con el tiempo, el flujo básico se considera estable o inestable.

fluidos compresibles y compresibles

Uno de los factores que influyen en el flujo laminar y turbulento del fluido es su compresibilidad.Esta propiedad del fluido es especialmente importante en el estudio de la estabilidad de los procesos no estacionarios en un cambio rápido del flujo principal.

muestran que el flujo laminar de un fluido incompresible en una sección de tubo cilíndrico resistente a la simetría axial relativamente pequeña y perturbaciones no axisymmetric en el espacio y el tiempo.

Recientemente, los cálculos se llevan a cabo sobre la influencia de perturbaciones en la resistencia al flujo de revolución en la parte de entrada del tubo cilíndrico donde la corriente principal es dependiente de las dos coordenadas.El eje de coordenadas de la tubería se considera como un parámetro, que depende del perfil de velocidad del flujo de radio de la tubería principal.

Conclusión A pesar de siglos de estudio, uno no puede decir que flujo laminar y turbulento estudiaron a fondo.Los estudios experimentales en el nivel micro plantean nuevas cuestiones que requieren una justificación razonada de cálculo.La naturaleza de la investigación se aplica y el beneficio: el mundo puso a miles de kilómetros de agua, petróleo, gas y productos.Las soluciones más técnicas implementadas para reducir la turbulencia durante el transporte, más eficaz será.