Écoulement laminaire et turbulent.

des propriétés des flux liquides et gazeux est très important pour l'industrie et les services publics.La laminaire et turbulent affecte la vitesse du transport de l'eau, le pétrole, les pipelines de gaz naturel pour diverses applications, affecte les autres paramètres.Ces problèmes font l'hydrodynamique de la science.

Classification

L'environnement scientifique régimes d'écoulement de liquides et de gaz sont divisés en deux catégories complètement différentes: écoulement laminaire

• (jet);
• turbulent.

distinguer également phase de transition.Par ailleurs, le terme "liquide" a un sens large: il peut être incompressible (il est en fait un liquide), compressible (gaz), la conduite, et ainsi de suite D.

Contexte

autre Mendeleev en 1880, il a été suggéré.l'existence de deux modes tendances opposées.Plus de détails sur cette question ont examiné le physicien britannique et ingénieur Osborne Reynolds, ont réalisé une étude en 1883.Tout d'abord, pratiquement, puis utilisez la formule, il a constaté que à basse vitesse l'écoulement devient écoulement laminaire de liquides forme: couches (flux de particules) est presque mixte et se déplacent le long des chemins parallèles.Cependant, après avoir surmonté une certaine valeur critique (pour des conditions différentes, il est différent), appelé le nombre de Reynolds des régimes d'écoulement des fluides changent le courant-jet devient tourbillon chaotique - qui est turbulent.On a constaté que ces paramètres sont propres à un certain point, et les gaz.

calculs pratiques scientifiques britanniques ont montré que le comportement, par exemple, de l'eau, est très dépendante de la forme et la taille de la cuve (tuyaux, des canaux, des capillaires, etc.), dans lequel il coule.Les tubes ayant une section transversale circulaire (ceux-ci sont utilisés pour le montage des tuyauteries de refoulement), son nombre de Reynolds - la formule de l'état critique est décrit comme: Re = 2300. Pour le flux de canaux ouverts nombre de Reynolds plus: Re = 900. A des valeurs inférieures de Re pour est ordonnée,au sens large - chaotique.

laminaire différence

entre la turbulence de l'écoulement laminaire est dans la nature et la direction de l'eau (gaz) coule.Ils se déplacent couches, sans mélange et sans pulsations.En d'autres termes, le mouvement a lieu de manière uniforme sans sauts erratiques dans le sens de la pression et la vitesse.Écoulement laminaire

est formé, par exemple, dans les étroites vaisseaux sanguins de créatures et de plantes capillaires vivant dans des conditions comparables, à un courant de fluides très visqueux (pipelines de pétrole).Pour visualiser le courant-jet, un peu de révéler le robinet - eau coulera doucement, uniformément, sans se mélanger.Si vous dévisser le robinet jusqu'à la fin, la pression du système augmente et le flux deviendra chaotique.

écoulement turbulent

Contrairement laminaire dans laquelle les particules se déplacent le long des sentiers à proximité pratiquement parallèles, écoulement de fluide turbulent est aléatoire dans la nature.Si nous utilisons l'approche de Lagrange, les trajectoires des particules peuvent être arbitrairement interfèrent et se comportent de manière imprévisible.Mouvement de liquides et de gaz dans ces conditions est toujours transitoire, et les paramètres de ces non-fixe peut avoir un très large éventail.

Comment le flux de gaz laminaire devient turbulent, peut être tracée sur l'exemple des filets de fumée d'une cigarette qui brûle dans l'air immobile.Initialement, les particules se déplacent presque chemins parallèles inchangées dans le temps.Fumée semble figée.Puis, à un certain point émerger soudainement grands tourbillons qui se déplacent complètement aléatoire.Ces tourbillons se désintègrent en plus petits - pour encore plus petit et ainsi de suite.Enfin, la fumée est presque mélangés à l'air ambiant.

Cycles turbulences

L'exemple ci-dessus est un manuel, et à partir de ses observations scientifiques ont formulé les conclusions suivantes:

1. écoulement laminaire et turbulent sont de nature probabiliste: la transition d'un régime à un autre ne sont pas exactement au bon endroit et dans un peu arbitraire, aléatoireemplacement.
2. premier gros tourbillons se produisent qui sont plus grandes que la taille des filets de fumée.Le mouvement devient instable et fortement anisotrope.Les grands flux deviennent instables et se décomposent en plus petits.Ainsi, il existe une hiérarchie des tourbillons.L'énergie est transférée du mouvement de grand à petit, et à la fin de ce processus disparaît - il y a dissipation de l'énergie à petite échelle.Écoulement turbulent
3. est erratique: un tourbillon particulier peut être dans un endroit complètement aléatoire, imprévisible.
4. fumée mélange avec l'air ambiant ne se déroule pas dans laminaire et turbulent dans - est très intense.
5. Malgré le fait que les conditions aux limites sont stationnaires, la turbulence a lui-même une nature transitoire prononcé dans - tous les paramètres dynamiques gaz-changent avec le temps.

Il est une autre propriété importante de la turbulence: il est toujours en trois dimensions.Même si l'on considère le flux unidimensionnel dans un tuyau ou couche limite à deux dimensions, il est encore le mouvement des tourbillons turbulents se produire dans les directions des trois axes.Numéro

Reynolds: la formule

transition de laminaire à la turbulence caractérisée par le nombre dite de Reynolds critique:

Recr = (ρuL / μ) cr,

où ρ - densité de la circulation, u - la vitesse caractéristique de l'écoulement;L - la taille caractéristique de l'écoulement, u - coefficient de viscosité dynamique, cr - cours sur un tuyau avec une section transversale circulaire.Exemple

, de circuler avec une vitesse u dans la conduite que le diamètre du tuyau L est utilisé.Osborne Reynolds a démontré que dans ce cas, 2 300 & lt; & lt Recr;20000. L'écart est très grand, presque un ordre de grandeur.

résultat similaire est obtenu dans la couche limite sur une plaque.La dimension caractéristique est enlevée à partir du bord avant de la plaque, et ensuite le lt 3 × 105 &; Recr & lt;4 × 104.Si L est défini comme l'épaisseur de la couche limite, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Il ya des études expérimentales qui ont montré que la valeur de Recr peut être encore plus grande.

notion de vitesse perturbation

laminaire et un écoulement de fluide turbulent, et en conséquence, la valeur critique du nombre de Reynolds (Re) dépend de nombreux facteurs:. Le gradient de pression, la hauteur des monticules rugosité, de l'intensité de la turbulence dans l'écoulement externe, de la température et ainsi de suite Pour plus de commodité,Ces facteurs sont appelés taux d'indignation totale, car ils ont une certaine influence sur le débit.Si cette perturbation est petit, il peut être remboursé forces visqueuses cherchant à aligner le champ de vitesse.Pour les grandes perturbations au sein peut devenir instable, et il ya des turbulences.

Étant donné que la signification physique du nombre de Reynolds - le rapport entre les forces d'inertie et les forces visqueuses, les perturbations d'écoulement couverts par la formule: Re =

ρuL / μ = ρu2 / (μ × (u / L)).

Le numérateur est le double de la vitesse de la tête, et le dénominateur - la valeur de la contrainte d'avoir à friction de procédure, si L est considérée comme l'épaisseur de la couche limite.Pression dynamique tend à détruire les forces de l'équilibre et de frottement s'y opposent.Cependant, il est difficile de comprendre pourquoi la force d'inertie (ou pression dynamique) change seulement quand ils sont 1000 fois plus de forces visqueuses.Les calculs et les faits

probablement plus pratiques

à être utilisés comme une vitesse caractéristique Recr pas de vitesse d'écoulement absolue u, et la perturbation de vitesse.Dans ce cas, le nombre de Reynolds critique sera d'environ 10, qui est en sus de la perturbation de pression dynamique sur les contraintes de viscosité 5 fois le flux laminaire à circule un fluide turbulent.Cette définition Re selon certains scientifiques est bien expliqué par les faits suivants prouvé expérimentalement.

à profil de vitesse uniforme sur parfaitement une surface parfaitement lisse est traditionnellement déterminée par le nombre Recr tend vers l'infini, à savoir la transition vers la turbulence est pas effective.Mais nombre de Reynolds est déterminée à partir de la perturbation de vitesse est inférieure à la valeur critique, qui est égale à 10.

la présence de turbulence artificielle, provoquant une montée de la vitesse, comparable au taux préférentiel, l'écoulement devient turbulent à beaucoup plus faible nombre de Reynolds que Recr, certains absoluevaleur de la vitesse.Ceci permet d'utiliser la valeur du coefficient Recr = 10, où la vitesse caractéristique est la valeur absolue de la vitesse de perturbation causée par les raisons ci-dessus.

stabilité du régime d'écoulement laminaire dans le pipeline

laminaire et caractéristique d'écoulement turbulent de toutes sortes de liquides et de gaz dans des environnements différents.Dans la nature, les flux laminaires sont rares et caractérisé, par exemple, pour affiner ruisseaux souterrains dans les plaines.Beaucoup plus préoccupés par cette question dans le contexte des applications scientifiques pour le transport par pipeline de l'eau, l'huile, le gaz et autres fluides.

cause la stabilité de l'écoulement laminaire est étroitement liée à l'étude de la motion de troubles de l'écoulement principal.Il se trouve à être touchés par soi-disant petites perturbations.Selon qu'ils se développent ou la décoloration au fil du temps, l'écoulement de base est considéré comme stable ou instable.

fluides compressibles et compressibles

Un des facteurs qui influencent la écoulement laminaire et turbulent du fluide est sa compressibilité.Cette propriété du fluide est particulièrement importante dans l'étude de la stabilité des processus non stationnaires dans un changement rapide de l'écoulement principal.

montrent que l'écoulement laminaire d'un fluide incompressible dans une section de tuyau cylindrique résistant à relativement petite révolution et de perturbations non-axisymétriques dans l'espace et le temps.

Récemment, des calculs sont effectués sur l'influence des perturbations sur la résistance à l'écoulement axisymétrique dans la partie d'entrée du tube cylindrique lorsque le courant principal est fonction des deux coordonnées.L'axe de coordonnées du tuyau est considérée comme un paramètre, qui dépend du profil de vitesse du rayon du tuyau de flux principal.

Conclusion Malgré des siècles de l'étude, on ne peut pas dire que écoulement laminaire et turbulent étudiés de façon approfondie.Des études expérimentales sur le niveau micro posent de nouveaux problèmes nécessitant une justification raisonnée de calcul.La nature de la recherche est appliquée et le bénéfice: le monde mis milliers de kilomètres de l'eau, l'huile, le gaz et le produit.Les solutions techniques mises en œuvre plus pour réduire les turbulences pendant le transport, plus elle sera efficace.