delle proprietà dei flussi di liquidi e di gas è molto importante per l'industria e servizi di pubblica utilità.Il flusso laminare e turbolento influisce sulla velocità del trasporto di acqua, olio, metanodotti per varie applicazioni, colpisce gli altri parametri.Questi problemi fanno idrodinamica scientifici.
Classificazione
L'ambiente scientifico flusso regimi di liquidi e gas sono divisi in due classi completamente differenti:
- a flusso laminare (getto);
- turbolento.
anche distinguere fase di transizione.Per inciso, il termine "liquido" ha un significato ampio: può essere incomprimibile (in realtà è un liquido), comprimibile (gas), direzione d'orchestra, e così via D.
Sfondo
Un'altra Mendeleev nel 1880, è stato suggerito.l'esistenza di due modalità opposte tendenze.Maggiori dettagli su questo tema esaminato il fisico britannico e ingegnere Osborne Reynolds, completato uno studio nel 1883.In primo luogo, virtualmente, e quindi utilizzare la formula, ha trovato che a bassa velocità il flusso diventa flusso laminare di forma liquidi: strati (flussi di particelle) è quasi misto e si muovono lungo percorsi paralleli.Tuttavia, dopo aver superato un certo valore critico (per condizioni diverse è diverso), chiamato il numero di Reynolds di regimi di flusso di fluido stanno cambiando il getto diviene vortice caotico - cioè turbolenta.Si è constatato che questi parametri sono peculiari in una certa misura e gas.
calcoli pratici scienziati britannici hanno dimostrato che il comportamento di, per esempio, l'acqua, è fortemente dipendente dalla forma e dimensioni del serbatoio (tubi, canali, capillari, etc.), in cui scorre.I tubi aventi una sezione trasversale circolare (questi sono utilizzati per il montaggio tubazioni di pressione), il suo numero di Reynolds - la formula del criticità è descritto come: Re = 2300. Per il flusso di canali aperti numero di Reynolds maggiore: Re = 900. A valori bassi di Re per è ordinata,in generale - caotico.
laminare differenza flusso
tra flusso laminare turbolenza è nella natura e direzione dell'acqua (gas) scorre.Si muovono i livelli, senza mescolare e senza pulsazioni.In altre parole, il movimento avviene in modo uniforme senza salti discontinui nella direzione di pressione e velocità.
flusso laminare è formato, per esempio, nei vasi sanguigni stretti creature e piante capillari vivono in condizioni simili, ad una corrente di fluidi molto viscosi (oleodotti).Per visualizzare la corrente a getto, un po 'per rivelare il rubinetto - acqua scorrerà tranquillamente, in modo uniforme, senza mescolare.Se si svita il rubinetto, fino alla fine, la pressione del sistema aumenta e il flusso diventa caotico.
turbolento flusso
differenza laminare in cui le particelle si muovono lungo i sentieri vicino praticamente parallele, flusso di fluido turbolento è casuale nella natura.Se usiamo l'approccio lagrangiano, le traiettorie delle particelle possono essere arbitrariamente interferire e si comportano abbastanza imprevedibile.Movimento di liquidi e gas in queste condizioni è sempre transitorio, ei parametri di questi non-stazionario può avere una gamma molto ampia.
Come flusso di gas laminare diventa turbolento, si può far risalire l'esempio di fili di fumo di una sigaretta accesa nell'aria immobile.Inizialmente, le particelle si muovono percorsi pressoché paralleli inalterate nel tempo.Fumo sembra risolto.Poi ad un certo punto emergere improvvisamente grandi vortici che si muovono completamente casuale.Questi vortici disintegrano in quelle più piccole - per ancora più piccola e così via.Infine, il fumo è quasi miscelata con aria ambiente.
Cicli turbolenza
L'esempio precedente è un libro di testo, e dalle sue osservazioni gli scienziati hanno fatto le seguenti conclusioni:
- laminare e turbolento sono probabilistica in natura: il passaggio da un regime a un altro non è esattamente nel posto giusto, e in maniera piuttosto arbitraria, casualeposizione.
- prima grandi vortici verificano che sono più grandi rispetto alle dimensioni del volute di fumo.Movimento diventa instabile e fortemente anisotropico.Grandi flussi diventano instabili e si disgregano in più piccoli.Quindi, vi è una gerarchia di vortici.L'energia di movimento è trasferito da grandi a piccoli, e al termine di questo processo scompare - è dissipazione di energia a piccole scale.
- flusso turbolento è irregolare: un particolare vortice può essere in un luogo imprevedibile assolutamente casuale.
- fumo miscelazione con aria ambiente non avviene in laminare e turbolento - è molto intensa.
- Nonostante il fatto che le condizioni al contorno sono fermi, la turbolenza stessa ha un transitorio pronunciata in natura - tutti i parametri di gas-dinamico cambiano nel tempo.
C'è un'altra importante proprietà di turbolenza: è sempre tridimensionale.Anche se si considera il flusso unidimensionale in un tubo o strato limite bidimensionale, è ancora il movimento dei vortici turbolenti verificarsi nelle direzioni dei tre assi.Numero
Reynolds: la formula
transizione da laminare a Turbulence caratterizzato dalla cosiddetta numero critico di Reynolds:
Recr = (ρuL / μ) cr,
dove ρ - la densità del flusso, u - la velocità caratteristica del flusso;L - dimensioni caratteristiche del flusso, μ - coefficiente di viscosità dinamica, cr - sopra su un tubo con una sezione trasversale circolare.
esempio, di fluire con velocità u nel tubo come viene utilizzato il diametro del tubo L.Osborne Reynolds ha dimostrato che in questo caso 2300 & lt; Recr & lt;20000. La diffusione è molto grande, quasi un ordine di grandezza.
risultato analogo si ottiene nello strato limite su una piastra.La dimensione caratteristica viene tolto dal bordo anteriore della piastra, e poi il 3 × 105 & lt; & lt Recr;4 × 104.Se L è definito come lo spessore dello strato limite, 2700 & lt; & lt Recr;9000. Non ci sono studi sperimentali che hanno dimostrato che il valore di Recr può essere anche maggiore.
concetto di velocità perturbazione
flusso laminare e fluido turbolento, e di conseguenza, il valore critico del numero di Reynolds (Re) dipende da molti fattori:. Il gradiente di pressione, l'altezza di collinette rugosità, intensità di turbolenza nel flusso esterno, la temperatura e così via Per comodità,Questi fattori sono chiamati tasso indignazione totale, in quanto hanno una certa influenza sul tasso di flusso.Se questa perturbazione è piccola, può essere rimborsato forze viscose che cercano di allineare il campo di velocità.Per le grandi perturbazioni all'interno può diventare instabile, e non c'è turbolenza.
Dato che il significato fisico del numero di Reynolds - il rapporto di forze inerziali e forze viscose, flussi di disturbi coperti dalla formula:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (u / L)).
Il numeratore è il doppio della testa di velocità, e il denominatore - il valore di avere lo stress di attrito procedimento, se L è preso come lo spessore dello strato limite.Pressione dinamica tende a distruggere le forze di equilibrio e di attrito si oppongono.Tuttavia, non è chiaro perché la forza di inerzia (o pressione dinamica) cambia solo quando sono 1.000 volte più forze viscose.Calcoli
e fatti
probabilmente più conveniente per essere usato come una velocità caratteristica Recr non la velocità del flusso assoluto u, e la perturbazione della velocità.In questo caso, il numero di Reynolds critico sarà circa 10, che è al di sopra di perturbazione pressione dinamica negli sforzi viscosi 5 volte il flusso laminare a turbolento fluido.Questa definizione Re secondo alcuni scienziati è ben spiegato dai seguenti fatti sperimentalmente provati.
al profilo di velocità perfettamente uniforme su una superficie perfettamente liscia è tradizionalmente determinata dal numero Recr tende all'infinito, cioè il passaggio alla turbolenza non è in realtà lì.Ma numero di Reynolds è determinato dalla perturbazione velocità è inferiore al valore critico, che è uguale a 10.
presenza di turbolenze artificiale, causando un aumento della velocità, paragonabile al tasso primario, il flusso diventa turbolento molto inferiore numero di Reynolds di Recr, certa assolutavalore di velocità.Questo permette di utilizzare il valore del coefficiente Recr = 10, dove la velocità caratteristica è il valore assoluto della velocità di perturbazione causato dai motivi di cui sopra.Stabilità
di regime flusso laminare in cantiere
laminare e caratteristico flusso turbolento di tutti i tipi di liquidi e gas in ambienti diversi.In natura, i flussi laminari sono rari e caratterizzati, ad esempio, per limitare i flussi sotterranei in pianura.Molto più preoccupati per questo problema nel contesto delle applicazioni scientifiche condotte per il trasporto di acqua, petrolio, gas e altri fluidi.
discussione la stabilità del flusso laminare è strettamente correlata allo studio del moto disturbato del flusso principale.Si trova a risentire cosiddette piccole perturbazioni.A seconda che stanno crescendo o dissolvenza nel tempo, il flusso di base è considerato stabile o instabile.
fluidi comprimibili e comprimibili
Uno dei fattori che influenzano il flusso laminare e turbolento del fluido è la sua comprimibilità.Questa proprietà del fluido è particolarmente importante nello studio della stabilità dei processi non stazionari in un rapido cambiamento del flusso principale.
studi mostrano che il flusso laminare di un fluido incomprimibile in una sezione di tubo cilindrico resistente alla relativamente piccola assialsimmetrici e perturbazioni non assialsimmetrici spazio-temporali.
Recentemente, calcoli sono effettuati sull'influenza dei disturbi sulla resistenza al flusso assialsimmetrico nella parte di ingresso del tubo cilindrico dove la corrente principale dipende dalle due coordinate.L'asse di coordinate del tubo è considerato come un parametro, che dipende dal profilo di velocità del raggio principale tubo di mandata.
Conclusione Nonostante secoli di studio, non si può dire che il flusso laminare e turbolento accuratamente studiati.Studi sperimentali a livello micro pongono nuove questioni che richiedono una giustificazione di calcolo motivata.La natura della ricerca viene applicata e il vantaggio: il mondo di cui migliaia di chilometri di acqua, petrolio, gas e prodotti.Le soluzioni più tecniche applicate per ridurre la turbolenza durante il trasporto, tanto più efficace sarà.
