tanulmány tulajdonságainak folyadék és a gáz áramlásának nagyon fontos az ipar és a közművek.A lamináris és turbulens áramlás befolyásolja a sebességet a közlekedés a víz, az olaj, a földgáz vezetékek különböző alkalmazások, befolyásolja a többi paramétert.Ezek a problémák nem a tudomány áramlástan.
Besorolás
A tudományos környezetben vízhozama folyadékok és gázok vannak osztva két teljesen különböző osztályok:
- lamináris áramlás (jet);
- viharos.
is különbséget átmeneti szakasz.Mellesleg, a "folyékony" széles értelemben értendő: lehet összenyomhatatlan (ez valójában egy folyadék), összenyomható (gáz), lebonyolítása, és így tovább. D.
Háttér
másik Mengyelejev 1880-ban, azt javasolták,létezését két ellentétes mód trendeket.További részletek ebben a kérdésben megvizsgálta a brit fizikus és mérnök Osborne Reynolds, elkészült egy tanulmány 1883-ban.Először is, gyakorlatilag, majd a képletet, azt találták, hogy kis sebességnél az áramlás válik lamináris áramlását folyadékok formájában: rétegek (patakok részecskék) szinte vegyes és mozognak párhuzamos vonalakon.Azonban leküzdése után egy bizonyos kritikus értéket (a különböző körülmények között ez más), az úgynevezett Reynolds számú folyadék áramlási viszonyait változnak a jet stream válik kaotikus örvény - ez viharos.Azt találtuk, hogy ezek a paraméterek sajátos egy bizonyos mértékig, és gázokat.
gyakorlati számítások Brit tudósok kimutatták, hogy a viselkedését, például vizet, nagymértékben függ az alakja és mérete a tartály (csövek, csatornák, kapillárisok, stb), amelyben folyik.A csövek, amelyek egy kör keresztmetszetű (ezeket használják szerelési nyomás csővezetékek), annak Reynolds-szám - a képlet a kritikus állapotban van leírva, mint: Re = 2300. A áramlását nyitott csatornák Reynolds-szám több: Re = 900. Alacsonyabb értékek Re számára rendelnek,A nagy - kaotikus.
Lamináris áramlás
különbség lamináris áramlási turbulencia van a természet és irányt a víz (gáz) áramlik.Mozognak rétegek, keverés nélkül, és anélkül, pulzálás.Más szóval, a mozgás történik egyenletesen nélkül kiszámíthatatlan ugrások a nyomás iránya és sebessége.
lamináris áramlás alakul ki, például a szűk ereket az élőlények és növények hajszálerek hasonló feltételek mellett, a jelenlegi nagyon viszkózus folyadékot (olajvezetékek).Hogy szemléltesse a jet stream, egy kicsit, hogy felfedje a csapból - víz fog folyni halkan, egyenletesen, keverés nélkül.Ha csavarja ki a csapot, amíg a végén, a rendszer nyomás növekedni fog, és az áramlás lesz kaotikus.
turbulens áramlás
Eltérően lamináris, amelyben a részecskék mozognak az adott gyakorlatilag párhuzamos útvonalakat, turbulens folyadékáramlás véletlenszerű természetű.Ha használjuk a Lagrange-megközelítés, a pályák a részecskék önkényesen beavatkozni, és úgy viselkednek elég kiszámíthatatlanul.Mozgás a folyadékok és gázok ilyen körülmények mindig átmeneti, és a paraméterek az ezen nem-stacionárius lehet egy nagyon széles tartományban.
Hogyan lamináris gázáramlás válik viharos, lehet nyomon követni a példáját gomolygott a füst egy égő cigarettát a szélcsendben.Kezdetben, a részecskék mozogni majdnem párhuzamos pályákon változatlan időben.Füst tűnik fix.Aztán egy ponton egyszer csak felbukkan a nagy örvények, hogy a mozgás teljesen véletlenszerűen.Ezek az örvények szétesik kisebbek - számára még kisebb és így tovább.Végül, a füst szinte keveredik a környezeti levegő.
ciklusok turbulencia
A fenti példa egy tankönyv, és az ő észrevételeiket tudósok tettek az alábbi következtetéseket:
- Lamináris és turbulens áramlás valószínűségi jellegű: az átmenet az egyik rendszerről a másik nem pontosan a megfelelő helyre, és meglehetősen önkényes, véletlenszerűhelyen.
- első nagy örvények előfordulhat, hogy nagyobb, mint a méret gomolygott a füst.Mozgalom válik ingatag, és erősen anizotrop.Nagy hullámok instabillá válnak, és szakítani kisebb és kisebb.Így van egy hierarchia örvények.A mozgási energiája átkerül a nagy a kicsi, és a folyamat végén eltűnik - van energiadisszipációt a kis mérleg.
- turbulens áramlás egyenetlen: egy adott örvény lehet egy teljesen véletlenszerű, kiszámíthatatlan hely.
- Keverés füstöt a környező levegővel nem kerül sor lamináris és turbulens - nagyon intenzív.
- Annak ellenére, hogy a peremfeltételek mozdulatlan, az turbulencia magát egy markáns, átmeneti jellegű - az összes gáz-dinamikus paraméterek időről időre változnak.
Van egy másik fontos tulajdonsága a turbulencia: ez mindig háromdimenziós.Még ha figyelembe vesszük az egydimenziós áramlás a cső vagy két-dimenziós határréteg, még mindig a mozgás a turbulens örvények előfordulnak a irányban a három tengely.
Reynolds szám: a képlet
átmenet réteges turbulencia jellemzi az úgynevezett kritikus Reynolds szám:
Recr = (ρuL / μ) CR,
ahol ρ - sűrűség az áramlás, u - a jellemző Az áramlási sebesség;L - jellemző mérete az áramlás, u - dinamikus viszkozitása együttható, Cr - át egy csövön egy kör keresztmetszetű.
például folyni sebessége u, a cső, mint a cső átmérője L használják.Osborne Reynolds bizonyított, hogy ebben az esetben 2300 & lt; Recr & lt;20000. A spread igen nagy, közel egy nagyságrenddel.
hasonló eredményt kapunk a határréteg egy tányérra.A jellemző méretet veszik el az első élének, majd a 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Ha L jelentése a vastagsága a határréteg, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Vannak kísérleti vizsgálatok azt mutatták, hogy az értéke Recr még nagyobb lehet.
fogalma sebesség perturbációs
lamináris és turbulens folyadékáramlást, és ennek megfelelően, a kritikus értéket, a Reynolds-szám (Re) számos tényezőtől függ: a nyomás gradiens, a magassága a halmok érdesség, turbulencia intenzitás a külső áramlás, hőmérséklet, és így tovább. A kényelem kedvéért,Ezek a tényezők nevezzük teljes felháborodás ráta, mivel van egy bizonyos hatása a térfogatáramot.Ha ez a perturbáció kicsi, akkor vissza kell fizetni viszkózus erők célja, hogy összehangolja a sebesség terén.A nagy zavarok belül instabillá válhat, és van turbulencia.
Tekintettel arra, hogy a fizikai értelmében a Reynolds-szám - az arány a tehetetlenségi erők és viszkózus erők, áramlási zavarok által érintett képlet:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (U / l)).
A számláló a kétszerese a sebesség fej, és a nevező - az értéke, amely az eljárás súrlódás stressz, ha L vesszük a vastagsága a határréteg.A dinamikus nyomás hajlamos egyensúly megbontására és súrlódási erő ellenzi ezt.Azonban, nem világos, hogy miért a tehetetlenségi erő (vagy dinamikus nyomás) változásokat csak amikor 1000-szer több viszkózus erők.
számítások és tények
valószínűleg sokkal kényelmesebb, hogy lehet használni, mint egy karakterisztikus sebesség Recr nem abszolút áramlási sebesség u, és a sebesség perturbáció.Ebben az esetben a kritikus Reynolds-szám lesz körülbelül 10, hogy meghaladja a dinamikus nyomás perturbáció át a viszkózus feszültségek 5 alkalommal a lamináris áramlás turbulens folyadék áramlik.Ez a meghatározás Re néhány tudós szerint jól magyarázza a következő kísérletileg bizonyított tényeket.
tökéletesen egyenletes sebesség profil egy tökéletesen sima felületet hagyományosan száma határozza meg Recr tart végtelenbe, az átmenet a turbulencia valójában nem létezik.De Reynolds-szám alapján határozzuk meg a sebesség perturbáció kisebb, mint a kritikus érték, amely egyenlő a 10.
jelenlétében mesterséges turbulencia, ami a túlfeszültség a sebesség, hasonló a prime ráta, az áramlási válik turbulens sokkal alacsonyabb Reynolds-szám, mint Recr, bizonyos abszolútsebesség értékét.Ez lehetővé teszi, hogy használja a tényezőjének értéke Recr = 10, ahol a karakterisztikus sebesség abszolút értéke a sebesség perturbáció okozta a fenti okok miatt.
stabilitását lamináris áramlási rendszer a gázvezeték
Lamináris és turbulens áramlás jellemző mindenféle folyadékok és gázok különböző környezetben.A természetben, lamináris áramlások ritkák, és jellemzője, például, hogy szűk földalatti patakok a síkságon.Sokkal jobban aggódnak e kérdés kapcsán a tudományos alkalmazások számára a távvezetéki szállító víz, olaj, gáz és egyéb folyadékok.
megkérdőjelezik a stabilitását lamináris áramlás szorosan kapcsolódik a tanulmány a megzavart mozgás a fő áramlási.Azt találtuk, hogy befolyásolja az úgynevezett kis zavarok.Attól függően, hogy nőnek vagy gyengült az idő múlásával, az alapvető áramlás tekinthető stabil vagy instabil.
összenyomható és összenyomható folyadék
egyik befolyásoló tényezők lamináris és turbulens áramlás a folyadék a kompresszibilitása.Ez a tulajdonság a folyadék különösen fontos a tanulmány a stabilitása nem-stacionárius folyamatok egy gyors változás a fő áramlását.
Tanulmányok azt mutatják, hogy a lamináris áramlás összenyomhatatlan folyadék a hengeres csőszakasz ellenálló viszonylag kis tengelyszimmetrikus és nem tengelyszimmetrikus zavarok térben és időben.
Nemrégiben számításokat végezni a befolyása a zavarokat a tengelyszimmetrikus áramlási ellenállás a beömlő rész a hengeres cső, ahol a fő áram függ a két koordináta.A koordináta tengelye a cső minősül paraméter, ami függ a sebesség profil a fővezetékbe sugara.
Következtetés Annak ellenére, hogy évszázadok tanulmányi, nem lehet azt mondani, hogy lamináris és turbulens áramlás alaposan tanulmányozza.Kísérleti tanulmányok a mikro szinten jelentenek igénylő új kérdések indokolással ellátott számítási igazolást.A természet a kutatás alkalmazni, és a haszon: a világ megállapított ezer kilométeres víz, olaj, gáz és a termék.Minél több műszaki megoldásokra, hogy csökkentsék a turbulencia a szállítás során, annál hatékonyabb lesz.
