ominaisuuksien tutkiminen nesteen ja kaasun virtaa on erittäin tärkeää teollisuudelle ja julkisissa laitoksissa.Laminaarinen ja turbulentti virrat vaikuttaa nopeus kuljetus vesi, öljy, maakaasu putkistojen erilaisiin sovelluksiin, vaikuttaa muut parametrit.Nämä ongelmat tehdä tiedettä hydrodynamiikka.
Luokittelu
tieteellinen ympäristö virtaus- nesteiden ja kaasujen jaetaan kahteen täysin eri luokkaa:
- laminaarisen virtauksen (jet);
- myrskyisä.
myös erottaa siirtymävaiheessa.Muuten termi "neste" on laaja merkitys: se voi olla kokoonpuristumatonta (se on oikeastaan neste), kokoonpuristuvaa (kaasu), johtamiseen, ja niin edelleen. D.
Taustaa
Toinen Mendeleev 1880, ehdotettiinolemassaolo kaksi vastakkaista tilaa trendejä.Lisätietoja tästä asiasta tutkinut brittiläinen fyysikko ja insinööri Osborne Reynolds, valmistunut tutkimus vuonna 1883.Ensinnäkin, käytännössä, ja sitten käyttää kaavaa, hän havaitsi, että alhaisella nopeudella virtaus tulee laminaarivirtauksen nesteiden muodossa: kerrokset (koituvia hiukkaset) on lähes sekoitetaan ja liikkua pitkin rinnakkaisia polkuja.Kuitenkin, kun voittaa tietty kriittinen arvo (eri olosuhteissa se on erilainen), jota kutsutaan Reynoldsin luku nesteen virtaus- muuttuvat jet stream tulee kaoottinen pyörre - joka on myrskyisä.Todettiin, että nämä parametrit ovat ominaisia tietyssä määrin ja kaasuja.
käytännön laskelmat Britannian tutkijat ovat osoittaneet, että käyttäytymistä, esimerkiksi, vesi, on erittäin riippuvainen muoto ja koko säiliön (putket, kanavat, kapillaarit, jne.), Jossa se virtaa.Putket jolla on pyöreä poikkileikkaus (niitä käytetään asennus putkistoissa), sen Reynolds luku - kaava kriittinen tila on kuvattu: Re = 2300. virtauksen avoimien kanavien Reynoldsin luku lisää: Re = 900. Alemmilla arvoilla Re varten on tilattu,yleensä - kaoottinen.
Laminaarivirtausta
ero laminaarisen virtauksen turbulenssi on luonteeltaan ja suuntaa veden (kaasu) virtaa.Ne liikkuvat kerrokset, sekoittamatta ja ilman sykkeet.Toisin sanoen, liike tapahtuu tasaisesti ilman arvaamaton hyppää paineen suunnan ja nopeuden.
laminaarivirtausta muodostetaan, esimerkiksi kapea verisuonten elävien olentojen ja kasveja kapillaareja vastaavissa oloissa virran ollessa erittäin jäykkiä nesteitä (öljyputket).Visualisoida jet stream, melko vähän paljastaa hana - vesi virtaa hiljaa, tasaisesti, ilman sekoitusta.Jos ruuvaa hanan loppuun asti, järjestelmä paine nousee ja virtaus tulee kaoottinen.
turbulentti virtaus
Toisin laminaarisena, jossa hiukkaset liikkuvat pitkin lähellä lähes yhdensuuntaisilla reiteillä, turbulentti nesteen virtaus on sattumanvaraisia.Jos käytämme Lagrangen lähestymistapa, lentoradat hiukkaset voidaan mielivaltaisesti häiritä ja käyttäytyvät varsin arvaamattomasti.Liikkuvuus nesteiden ja kaasujen näissä olosuhteissa on aina ohimenevä, ja parametrit nämä ei-paikallaan voi olla hyvin laaja.
Miten tasaisen kaasuvirran tulee myrskyisä, voidaan jäljittää Käyttäen esimerkkinä wisps savua palavan savukkeen tyynellä.Aluksi hiukkaset liikkuvat lähes yhdensuuntaisilla reiteillä ennallaan ajoissa.Savu näyttää kiinteä.Sitten jossain vaiheessa yhtäkkiä esiin suuri pyörteet, jotka liikkuvat täysin sattumanvaraisesti.Nämä pyörteet hajoavat pienemmiksi - vielä pienempi ja niin edelleen.Lopuksi, savu on lähes sekoitetaan ympäröivän ilman.
Cycles turbulenssi
Edellä oleva esimerkki on oppikirja, ja hänen huomautuksensa tutkijat ovat tehneet seuraavat johtopäätökset:
- Laminaarinen ja turbulentti virtaus ovat todennäköisyyspohjainen luonteeltaan: siirtyminen yhdestä järjestelmästä toiseen ei ole juuri oikeassa paikassa, ja melko mielivaltainen, satunnainenSijainti.
- ensimmäinen suuri pyörteiden esiintyy, jotka ovat suurempia kuin koko wisps savua.Liikkeestä tulee epävakaa ja voimakkaasti anisotrooppisia.Suuret virrat muuttuu epävakaaksi ja hajottaa pienempiin ja pienempiin.Näin ollen on hierarkia pyörteitä.Energia liike siirtyy suurista pieniin, ja lopussa tämän prosessin katoaa - on energian hajauttamisen pienillä mittakaavoissa.
- turbulentti virtaus on arvaamaton: tietty pyörre voi olla täysin satunnainen, arvaamaton paikka.
- Sekoitus savu ulkoilmalla ei tapahdu laminaarisessa ja turbulentti - on erittäin kovaa.
- Huolimatta siitä, että reunaehdot ovat paikallaan, turbulenssi itse on voimakas ohimeneviä - kaikki kaasu-dynaamiset parametrit muuttuvat ajan myötä.
On toinenkin tärkeä ominaisuus turbulenssi: se on aina kolmiulotteinen.Vaikka pidämme yksiulotteinen virtaus putkessa tai kaksiulotteinen rajakerroksen, se on edelleen liikkumista myrskyisä pyörteitä esiintyy suuntiin kolmen akselin.
Reynoldsin luku: kaavan
siirtymistä laminaari- turbulenssin tunnettu siitä, että niin sanottu kriittinen Reynoldsin luku:
, maksu = (ρuL / μ) op,
jossa ρ - tiheys virtauksen u - ominaisuus virtauksen nopeutta;L - ominaista koko virtaus, μ - dynaaminen viskositeetti kerroin, op - päälleni putki pyöreä poikkileikkaus.
esimerkiksi virrata nopeudella u putki kuin putken halkaisija L käytetään.Osborne Reynolds osoitti, että tässä tapauksessa 2300 & lt; aikoin & lt;20000. leviäminen on erittäin suuri, lähes suuruusluokkaa.
samanlainen tulos saadaan rajakerroksessa lautaselle.Ominaisuus ulottuvuus otetaan pois etureunan levyn, ja sitten 3 × 105 & lt; aikoin & lt;4 x 104.Jos L on määritelty paksuus rajakerroksen, 2700 & lt; Recr & lt;9000. On kokeellisia tutkimuksia, jotka ovat osoittaneet, että arvo, maksu voi olla jopa suurempi.
käsite nopeuden häiriön
laminaarisen ja turbulentin nestevirtauksen, ja näin ollen, kriittinen arvo Reynoldsin luku (Re), riippuu monista tekijöistä: painegradientti, korkeus kumpareet karheus, turbulenssin voimakkuus ulkoisen virtauksen, lämpötilan ja niin edelleen. MukavuudenNämä tekijät kutsutaan yhteensä suuttumusta korko, koska niillä on tietty vaikutus virtausnopeus.Jos tämä häiriö on pieni, se voidaan maksaa takaisin viskoosi voimat pyrkivät yhdenmukaistamaan nopeuskenttä.Suurten häiriöt sisällä voi tulla epävakaa, ja siellä on turbulenssia.
Koska fyysinen merkitys Reynoldsin luvun - suhde hitausvoimien ja viskoosi voimia, virtauksen häiriöt kuulu kaava:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (U / l)).
osoittaja on kaksi kertaa nopeus pää, ja nimittäjä - arvo, jonka menettelyn kitkan stressiä, jos L on otettu paksuus rajakerroksen.Dynaaminen paine pyrkii tuhoamaan tasapainon ja kitkavoimat vastustaa tätä.Kuitenkin, se on epäselvää, miksi hitausvoima (tai dynaaminen paine) muuttuu vain silloin, kun ne ovat 1000 kertaa enemmän viskoosin voimia.
laskelmat ja tosiasiat
todennäköisesti helpompaa voidaan käyttää ominaisuus nopeus, maksu ole ehdoton virtausnopeus u, ja nopeus häiriön.Tässä tapauksessa kriittinen Reynoldsin luku on noin 10, joka on yli dynaamisen paineen häiriö yli viskoosi korostaa 5 kertaa laminaarivirtauksen on myrskyisä neste virtaa.Tämä määritelmä Re mukaan jotkut tiedemiehet on hyvin selittää seuraavat kokeellisesti todistettu tosiasiat.
täydellisesti tasaisella nopeudella profiilin täysin sileä pinta on perinteisesti määräytyy määrän aikoin pyrkii äärettömään, eli siirtyminen turbulenssia ei oikeastaan.Mutta Reynoldsin luku määritetään nopeus häiriö on pienempi kuin kriittinen arvo, joka on yhtä suuri kuin 10.
läsnäolo keinotekoinen turbulenssi, jolloin aalto nopeus, verrattavissa prime-korkoaan, virtaus tulee myrskyisä paljon alemmilla Reynoldsin luku kuin aikoin, tietyt absoluuttinennopeus arvo.Tämä mahdollistaa käyttää kertoimen arvo, maksu = 10, jossa ominaisuus nopeus on absoluuttinen arvo nopeuden häiriön aiheuttama edellä mainituista syistä.
vakautta laminaarivirtausolosuhteissa valmisteilla
Laminaarinen ja turbulentti virtaus ominaista kaikenlaisia nesteiden ja kaasujen eri ympäristöissä.Luonnossa laminaarinen virrat ovat harvinaisia ja tunnettu, esimerkiksi, kaventaa maanalainen purojen tasangoilla.Paljon huolissaan tästä asiasta yhteydessä tieteellisten sovellusten putki kuljetus veden, öljyn, kaasun ja muiden nesteiden.
kysymys vakautta laminaarinen virtaus liittyy läheisesti tutkimuksen häiriintynyt liikkeen päävirtauksen.Se on havaittu vaikuttavan niin sanotut pienet häiriöt.Riippuen siitä, onko ne kasvavat tai häipyminen ajan, perus virtaus pidetään vakaana tai epävakaa.
puristettavissa ja puristettavissa nesteiden
Yksi vaikuttavia tekijöitä laminaarinen ja turbulentti virtaus neste on sen kokoonpuristuvuus.Tämä ominaisuus neste on erityisen tärkeää tutkimuksessa vakautta kuin paikallaan prosessien nopea muutos on päävirtauksen.
Tutkimukset osoittavat, että laminaarivirtausta nesteellä sylinterimäiseen putkiosuuden kestää suhteellisen pieniä akselisymmetrisiä ja ei-akselisymmetrisiä häiriöiden tilaa ja aikaa.
Äskettäin laskelmat tehdään vaikutuksen häiriöiden akselisymmetrisiä virtausvastuksesta imuosaa sylinterimäisen putken jossa tärkein virta on riippuvainen kahdesta koordinaatit.Koordinoida putken akselin pidetään parametri, joka riippuu nopeusprofiili päävirtauksen putken säde.
Johtopäätös Huolimatta vuosisatojen tutkimuksen, ei voida sanoa, että laminaarinen ja turbulentti virtaus perusteellisesti tutkittu.Kokeelliset tutkimukset mikrotasolla asettavat uusia kysymyksiä, jotka vaativat perustellun laskelman perustelu.Koska tutkimusta sovelletaan ja hyöty: maailma vahvistetut tuhansia kilometrejä veden, öljyn, kaasun ja tuotteen.Tekniset ratkaisut toteutetaan vähentää turbulenssia kuljetuksen aikana, tehokkaampi se on.
