omaduste uurimine vedeliku ja gaasi voogude jaoks on väga oluline tööstusharu ja kommunaalteenused.Laminaarne ja turbulentne voolab mõjutab kiirust transport vesi, õli, maagaasi torujuhtmeid erinevaid rakendusi, mõjutab teisi parameetreid.Need probleemid teha teadust hüdrodünaamika.
klassifikatsioon
Teaduslikud keskkond voolurežiimide vedelike ja gaaside jagunevad kahte täiesti erinevat klassi:
- laminaarvoolu (jet);
- rahutu.
ka eristada üleminekuetapp.Muide, sõna "vedel" on lai tähendus: see võib olla incompressible (see on tegelikult vedelik) kokkupressitavaid (gaasi), läbiviimisel, ja nii edasi. D.
Background
Teine Mendelejev aastal 1880, tehti ettepanekon olemas kaks vastase režiimi suundumusi.Rohkem infot selle teema kohta uurinud Briti füüsik ja insener Osborne Reynolds, uurimise, 1883.Esiteks, peaaegu, ja seejärel kasutada valemit, leidis ta, et väikesel kiirusel voolu saab laminaarvoolu vedelike kujul: kihid (ojad osakesed) on peaaegu sega- ja liiguvad paralleelsed.Kuid pärast ületada teatud kriitilise väärtuse (erinevad tingimused on erinevad), nimetatakse Reynoldsi arv vedeliku voolurežiimide muutuvad jugavooluga muutub kaootiline keeris - mis on rahutu.Selgus, et need parameetrid on omane teatud määral ja gaasid.
praktilised arvutused Briti teadlased on näidanud, et käitumist, näiteks vesi, sõltub suuresti soovitud kuju ja suurusega paagi (torud, kanalid, kapillaarid jne), kus see voolab.Torud, millel on ümmarguse ristlõikega (neid kasutatakse üha suuremat survet torujuhtmed), selle Reynoldsi arv - valemisse kriitilises seisus on kirjeldatud: Re = 2300. Et vool avatud kanalite Reynoldsi arv rohkem: Re = 900. Väiksemate väärtuste Re eest on tellitud,laiemalt - kaootiline.
Laminaarivirtauskaapit
vahe laminaarvoolu turbulents on oma olemuselt ja suunas vee (gaasi) voolab.Nad liiguvad kihid, segamata ja ilma pulseerimist.Teisisõnu, liikumine toimub ühtlaselt ilma ettearvamatu hüppab surve suunda ja kiirust.
laminaarvoolu moodustub näiteks kitsas veresoonte elusolendid ja taimed kapillaare võrreldavates tingimustes, voolu juures väga viskoosne vedelikud (naftajuhtmete).Visualiseerida jet stream, üsna natuke esile kraani - vesi voolab vaikselt, ühtlaselt, segamata.Kui te keerake kraan lõpuni, süsteemi rõhk tõuseb ja vool muutub kaootiline.
turbulentne vool
Erinevalt laminaarse kus osakesed liiguvad lähedal praktiliselt paralleelsed, rahutu vedeliku vool on pistelised.Kui me kasutame Lagrange'i lähenemine, trajektoore osakesi saab meelevaldselt sekkuda ja käituda üsna ettearvamatult.Liikumine vedelike ja gaaside need tingimused on alati mööduv, ja parameetrite neid mitte paigal võib olla väga erinevaid.
Kuidas laminaarse gaasivoolu muutub rahutu, saab jälgida näitel wisps suitsu põleva sigareti kohta tuulevaikuses.Esialgu osakesed liiguvad peaaegu paralleelsed muutumatuks aega.Suits tundub fikseeritud.Siis mingil hetkel äkki tekivad suured keerised, et liikuda täiesti juhuslikult.Need pööriste laguneda väiksemateks - isegi väiksem ja nii edasi.Lõpuks, suits on peaaegu segatud õhu.
Cycles turbulentsi
Ülaltoodud näide on õpik ja tema tähelepanekud teadlased on teinud järgmised järeldused:
- laminaarne ja turbulentne vool on tõenäosuslik iseloom: üleminek ühelt korralt teisele ei ole täpselt õiges kohas, ja üsna meelevaldne, juhuslikasukoht.
- esimene suur keerised tekivad, mis on suuremad kui suurus wisps suitsu.Liikumine muutub ebakindel ja tugevalt anisotroopsed.Suur voolab muutuda ebastabiilseks ja lõhkuda väiksemaks ja väiksemaks.Seega on hierarhia keerised.Energia algatusel viiakse suur väikestele ja lõpus see protsess kaob - on energia hajumine on väike soojenemine.
- turbulentne vool on ettearvamatu: eriline keeris võib olla täiesti juhuslik, etteaimamatu.
- segamine suitsu välisõhuga ei toimu laminaarne ja turbulentne - on väga tugev.
- Hoolimata sellest, et piiri tingimused ei liigu, turbulentsi ise on väljendunud mööduvad - kõik gaasi dünaamiline parameetrid muutuvad aja jooksul.
On veel üks oluline omadus turbulentsi: see on alati kolmemõõtmelisest.Isegi kui me arvestame ühemõõtmeline voolu toru või kahemõõtmeline piirkihis, see on veel liikumist rahutu keerised tekivad suunad kolme telje.
Reynoldsi arv: valem
üleminek laminaarse turbulentsi iseloomustab nn kriitiline Reynoldsi arv:
Recr = (ρuL / μ) cr,
kus ρ - tihedus voolu, u - iseloomulik kiirus voolu;L - iseloomulik suurus voolu, u-- dünaamiline viskoossus koefitsient, cr - üle torusse ümmarguse ristlõikega.
näiteks voolu kiirusega u toru nagu toru läbimõõt L kasutatakse.Osborne Reynolds näidanud, et antud juhul 2300 & lt; Recr & lt;20000 vahe on väga suur, ligi suurusjärgu võrra.
sarnane tulemus saadakse piirkihis taldrikule.Iseloomulik mõõde on ära võetud ees serva ja siis 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Kui L on defineeritud kui paksus piirkihi, 2700 ainena Recr ainena9000. On eksperimentaalseid uuringuid, mis on näidanud, et väärtus Recr võib olla isegi suurem.
mõiste kiirus häirituse
laminaarne ja turbulentne vedeliku voolu, ja seega kriitiline väärtus peab Reynoldsi arv (Re) sõltub paljudest teguritest: rõhugradienti, kõrgus küngaste karedus, turbulentsi tugevus välise voolu, temperatuuri ja nii edasi. MugavuseNeed tegurid on kutsutud kokku meelepaha määra, kui neil on teatud mõju voolukiirus.Kui see häiritus on väike, võib tagasi maksta viskoosne jõud püüab viia kiirusvälja.Suurte nihkeid võib muutuda ebastabiilseks ja seal on turbulentsi.
Arvestades, et füüsilise tähendust Reynoldsi arv - suhe inertsjõudusid ja viskoosse jõud, flow häireid hõlmatud valemiga:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ x (u / L)).
Lugeja on kaks korda suurem kiirus pea ja nimetaja - väärtus, mille menetlus hõõrdumise stress, kui L võetakse paksus piirkihis.Dünaamiline rõhk kipub tasakaalu hävitada ja hõõrdejõud selle vastu.Siiski on selge, miks inertsi jõud (või dünaamiline rõhk) muutub ainult siis, kui nad on 1000 korda rohkem viskoosne jõud.
arvutused ja faktid
ilmselt mugavam kasutada omadusena kiiruse Recr ole absoluutne veevoolu kiirus u ja kiiruse häirituse.Sel juhul kriitilise Reynoldsi arv on umbes 10, mis on üle ületava dünaamilise rõhu häirituse üle viskoosse stresside 5 korda laminaarõhuvoolus, et turbulentse vedelik voolab.See määratlus Re vastavalt mõned teadlased on hästi seletada järgmiste eksperimentaalselt tõestatud fakte.
täiuslikult ühtlase kiirusega profiili täiesti sile pind on traditsiooniliselt määratud arvu Recr kipub lõpmatuseni, st üleminek turbulentsi ei ole tegelikult olemas.Aga Reynoldsi arv määratakse kiirus häirituse on väiksem kui kriitiline väärtus, mis on võrdne 10.
olemasolu kunstlik turbulentsi, põhjustamata lisandus kiirus võrreldav baasmäär, voolu saab rahutu märksa madalamal Reynoldsi arv üle Recr, teatud absoluutsedkiiruse väärtus.See võimaldab kasutada koefitsiendi väärtusele Recr = 10, mida iseloomustavad järgmised kiirus on absoluutväärtus kiiruse häirituse põhjustatud ülaltoodud põhjustel.
stabiilsust laminaarvoolu režiimi gaasijuhtme
laminaarne ja turbulentne vool iseloomulik igasuguseid vedelikke ja gaase erinevates keskkondades.Looduses laminaarse vood on haruldased ja mida iseloomustavad näiteks kitsas maa-alune ojad tasandikel.Palju rohkem mures selle teemaga teaduslike rakenduste gaasijuhe transpordiks vesi, õli, gaas ja muud vedelikud.
kahtluse stabiilsust laminaarvoolu on tihedalt seotud uuringu häiritud liikumine peavoolust.On leitud, et mõjutada nn väikeste häirituste.Sõltuvalt sellest, kas nad kasvavad või pleegib ajapikku põhi voolu peetakse stabiilne või ebastabiilne.
pressitav ja suruda, vedelikud
Üks tegureid, mis mõjutavad laminaarne ja turbulentne vool vedelik on oma kokkusurutavus.See vedeliku omadusega on eriti oluline uuring stabiilsust mittestatsionaarse protsesside kiire muutumine pääkulkureittiä.
Uuringud näitavad, et laminaarse voolu incompressible vedeliku silindriline torusektsioonilt vastupidav suhteliselt väike axisymmetric ja mitte-axisymmetric häirete ajas ja ruumis.
Hiljuti arvutused viiakse läbi mõju häireid axisymmetric voolutakistust sisselaske osa katseklaasi, kus peamine praegune sõltub kahe koordinaadi.Koordinaatide toru teljega peetakse parameetrit, mis sõltub kiiruse profiil pääkulkureittiä pipe raadiusega.
Kokkuvõte Vaatamata sajandeid kestnud uuring, ei saa öelda, et laminaarne ja turbulentne vool põhjalikult uuritud.Eksperimentaalsed uuringud mikrotasandil tekitavad uusi küsimusi, mis nõuavad põhjendatud arvutuste põhjendust.Teadusuuringute iseloom on rakendatud ja kasu: maailma ette tuhandete kilomeetrite ulatuses vett, õli, gaasi ja toote.Mida rohkem tehnilisi lahendusi rakendada vähendada turbulentsi transpordi ajal, seda tõhusam see on.
