pētījums par īpašībām šķidro un gāzes plūsmas, ir ļoti svarīgi, lai nozares un komunālajiem pakalpojumiem.Laminārās un turbulentā plūsma ietekmē ātrumu transportēšanai ūdens, naftas, dabasgāzes cauruļvadu dažādiem lietojumiem, ietekmē citus parametrus.Šīs problēmas darīt zinātnes hidrodinamika.
Klasifikācija
zinātniskā vide plūsmas režīmi šķidrumiem un gāzēm ir sadalītas divās pilnīgi dažādās klasēs:
- laminārās plūsmas (JET);
- trauksmains.
arī atšķirt pārejas posmu.Starp citu, termins "šķidrums" ir plaša nozīme: tas var būt nesaīsināmais (tas faktiski ir šķidrums), saspiežams (gāze), veicot, un tā tālāk D.
Background
Vēl 1880 Mendeļejevs, tika ierosināts.esamība abu konfliktējošo režīmi tendencēm.Sīkāka informācija par šo jautājumu izskatīja britu fiziķis un inženieris Osborne Reinoldsa, pabeidzis pētījumu 1883.Pirmkārt, praktiski, un pēc tam izmantot formulu, viņš konstatēja, ka pie maza ātruma plūsma kļūst laminārās plūsmas šķidrumu veidā: slāņi (plūsmas daļiņu) ir gandrīz jauktas un pārvietoties gar paralēli.Tomēr pēc pārvarot noteiktu kritisko vērtību (jo dažādos apstākļos tas ir atšķirīgs), ko sauc par Reinoldsa skaitu šķidruma plūsmas režīmu maina strūklas kļūst haotisks virpulis - tas ir trauksmains.Tika konstatēts, ka šie parametri ir savdabīgs zināmā mērā un gāzēm.
praktiskie aprēķini Britu zinātnieki ir pierādījuši, ka uzvedību, piemēram, ūdens, ir ļoti atkarīga no formas un izmēra tvertnes (caurules, kanāli, kapilāri, uc), kurā tā plūst.Šīs lampas ar apļveida šķērsgriezumu (tie tiek izmantoti montāžas spiediena cauruļvadiem), tās Reinoldsa skaitlis - formula kritisko stāvokli raksturo kā: Re = 2300. plūsmai atklātos kanālos Reinoldsa skaitlis vairāk: Re = 900. Pie zemākām vērtībām Priekšmets un tiek pasūtītikopumā - haotiska.
laminārās plūsmas
atšķirība starp laminārās plūsmas turbulences dabā un virzienā no ūdens (gāzes) plūsmas.Viņi pārceļas slāņus, nejaucot un bez pulsācijas.Citiem vārdiem sakot, kustība notiek vienmērīgi bez neparastas lec spiediena virzienu un ātrumu.
laminārās plūsmas veidojas, piemēram, šaurās asinsvados dzīvas radības un augu kapilārus salīdzināmos apstākļos, pie strāvas ļoti viskozu šķidrumu (naftas cauruļvadi).Vizualizēt strūklas, pavisam nedaudz, lai atklātu krānu - ūdens plūdīs mierīgi, vienmērīgi, bez maisīšanas.Ja jūs atskrūvēt jaucējkrāns līdz gada beigām, sistēma spiediens palielināsies un plūsma kļūs haotiska.
turbulentā plūsma
Atšķirībā laminārai kurā daļiņas pārvietoties gar tuvumā praktiski paralēli, trauksmains šķidruma plūsma ir izlases raksturs.Ja mēs izmantojam Lagranža pieeju, trajektorijas daļiņu var patvaļīgi iejaukties un uzvedas diezgan neparedzami.Kustība šķidrumu un gāzu šajos apstākļos vienmēr ir pārejoša, un parametri šiem nestacionāriem var būt ļoti plašs.
Kā laminārās gāzes plūsma kļūst nemierīgs, var izsekot uz piemēra wisps dūmu no degošas cigaretes ar mierīgos.Sākotnēji daļiņas pārvietot gandrīz paralēli nemainīgs laikā.Dūmu šķiet fiksēts.Tad kādā brīdī pēkšņi parādīties lielas plūsmas un virpuļi, kas pārvietojas pilnīgi nejauši.Šie virpuļu sairt mazākos - vēl mazāka un tā tālāk.Visbeidzot, dūmi ir gandrīz sajauc ar apkārtējo gaisu.
Cycles turbulence
Iepriekš piemērs ir mācību grāmatu, un no viņa novērojumiem zinātnieki ir veikuši šādus secinājumus:
- laminārās un turbulentā plūsma ir varbūtības raksturs: pāreja no viena režīma uz otru, nav tieši īstajā vietā, un diezgan patvaļīgi, izlaseslocation.
- pirmo lielo virpuļu gadīties, ka ir lielāki nekā lielums wisps dūmu.Kustības kļūst nestabila un stingri anizotropo.Lielas plūsmas kļūt nestabila un plīsumi uz mazākas un mazākas.Tādējādi pastāv hierarhija virpuļiem.Kustības enerģija tiek nodota no lieliem uz maziem, un beigās šī procesa pazūd - ir enerģijas izkliedes maziem mērogos.
- turbulentā plūsma ir nevienmērīga: konkrēts virpulis var būt pilnīgi nejauši, neparedzamas vietā.
- sajaukšana dūmi ar apkārtējo gaisu nenotiek lamināri un nestabilā - ir ļoti intensīva.
- Neskatoties uz to, ka robežnosacījumi ir stacionārs, turbulence pati ir izteikta pārejošas - visi gāzes dinamiskā parametrus laika gaitā mainās.
Ir vēl viens svarīgs īpašums turbulences: tas vienmēr ir trīsdimensiju.Pat tad, ja mēs uzskatām, ka vienu dimensiju plūsmu caurules vai divdimensiju robežu slāni, tas joprojām ir kustība vētraino virpuļu notiek virzienos uz trim asīm.
Reinoldsa skaitlis: formula
pāreja no laminārās turbulences raksturo tā saukto kritisko Reinoldsa numurs:
Recr = (ρuL / μ) CR,
kur ρ - blīvums plūsmas, u - raksturīgo ātrums plūsmas;L - raksturīgs lielums plūsmas, μ - dinamiskās viskozitātes koeficientu, CR - pāri par caurules ar apaļu šķērsgriezumu.
piemērs, plūst ar ātrumu u caurulē, kā L caurules diametrs tiek izmantots.Osborne Reynolds pierādīja, ka šajā gadījumā 2300 & lt; recr & lt;20000. Starpība ir ļoti liels, gandrīz par kārtu.
līdzīgs rezultāts iegūts ierobežojošo slānī uz šķīvja.Raksturīgā dimensija tiek atņemts no priekšējās malas plāksnes, un tad 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Ja L ir definēta kā biezums virsmai, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Ir eksperimentāli pētījumi, kas liecina, ka vērtība recr var būt vēl lielāka.
jēdziens ātrums perturbācija
laminārā un turbulentā šķidruma plūsmu, un attiecīgi, kritiskā vērtība Reinoldsa skaitlim (Re) ir atkarīga no daudziem faktoriem:. Spiediena gradientu, augstums pauguru nelīdzenums, turbulences intensitāte ārējā plūsmas, temperatūras un tā tālāk ērtībai,Šie faktori ir sauc kopējais sašutums likme, jo viņiem ir zināma ietekme uz plūsmas ātrumu.Ja šis perturbāciju ir mazs, tā var atmaksāt viskozs spēkiem cenšas saskaņot ātrumu lauku.Lieliem perturbācijas laikā var kļūt nestabila, un ir turbulence.
Ņemot vērā, ka fiziskā nozīmē Reinoldsa skaitlim - attiecība inerces spēkiem un viskozu spēkiem, plūsmas traucējumu, uz kuriem pēc formulas:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (u / L)).
Skaitītājs ir divreiz ātrums galvu, un saucējs - vērtība, kam procedūru berzes stresu, ja L ir pieņemts kā biezums robežu slāni.Dynamic spiediens mēdz iznīcināt līdzsvaru un berzes spēki iebilst.Tomēr ir skaidrs, kāpēc inerces spēks (vai dinamiskais spiediens) mainās tikai tad, kad tie ir 1000 reizes vairāk viskozs spēki.
aprēķini un fakti
iespējams ērtāk izmantot kā raksturīgu ātrumu recr nav absolūtas plūsmas ātruma U, un ātruma traucējumiem.Šajā gadījumā, kritiskais Reinoldsa skaitlis būs aptuveni 10, kas ir vairāk nekā dinamiskā spiediena traucējumiem pār viskozs uzsver 5 reizes laminārās plūsmas uz trauksmains šķidruma plūsmu.Šī definīcija Re saskaņā ar dažiem zinātniekiem ir labi izskaidrojams ar šādiem eksperimentāli pierādīts faktiem.
perfekti vienota ātrums profilu uz pilnīgi gludu virsmu tradicionāli nosaka skaitu Recr tiecas uz bezgalību, ti, pāreja uz turbulences faktiski nav tur.Bet Reinoldsa skaitlis tiek noteikts no ātrums perturbācija ir mazāks par kritisko vērtību, kas ir vienāda ar 10.
klātbūtne mākslīgā turbulence, izraisot pieaugums ātrumu, kas salīdzināms ar galvenā likme, plūsma kļūst trauksmains pie daudz zemākas Reinoldsa skaitlis nekā recr, pārliecināts absolūtsātrums vērtība.Tas ļauj izmantot koeficienta vērtību recr = 10, kur raksturīgs ātrums ir absolūtā vērtība ātruma traucējuma, ko izraisa iepriekš minēto iemeslu dēļ.
stabilitāte laminārās plūsmas režīma cauruļvadā
laminārās un turbulentā plūsma raksturīga visiem šķidrumiem un gāzēm dažādās vidēs veidu.Dabā, laminārās plūsmas ir retas un raksturo, piemēram, lai sašaurinātu pazemes plūsmu līdzenumiem.Daudz vairāk nobažījusies par šo jautājumu saistībā ar zinātnisko pieteikumu cauruļvada transportēšanas ūdens, naftas, gāzes un citu šķidrumu.
apšauba stabilitāte laminārās plūsmas ir cieši saistīta ar pētījumu par traucējumiem kustības galvenās plūsmas.Tas ir konstatēts, ietekmē tā saukto mazo perturbācijām.Atkarībā no tā, vai tie aug vai izbalēšanu laika gaitā, pamata plūsma ir stabils vai nestabils.
saspiežams un saspiežams šķidrumi
Viens no ietekmējošo laminārā un turbulentā plūsma šķidruma faktoriem ir tās saspiežamības.Šajā iestādē šķidruma ir īpaši svarīga pētījumu par stabilitāti nestacionāriem procesu ātru izmaiņu galvenās plūsmas.
Pētījumi liecina, ka laminārās plūsmas no nesaspiežams šķidrumu cilindriskā caurules sadaļu izturīgs pret salīdzinoši nelielu axisymmetric un ārpus axisymmetric perturbācijas telpā un laikā.
Pēdējā, aprēķinus veic uz ietekmi traucējumu par axisymmetric plūsmas pretestību ieplūdes daļu no cilindriska caurule, kurā galvenā strāva ir atkarīga no diviem koordinātas.Koordinātu ass no caurules tiek uzskatīta par parametru, kas ir atkarīgs no ātrumu, kura profils galvenās plūsmas caurules rādiusu.
Secinājums Neskatoties gadsimtiem ilgas studijas, nevar teikt, ka laminārās un turbulentā plūsma pamatīgi pētīta.Eksperimentālie pētījumi par mikro līmenī radīt jaunas problēmas, kas prasa pamatotu aprēķinu pamatojumu.Pētījuma būtība ir piemēroti un ieguvums: pasaule, kas tūkstošiem kilometru ūdens, naftas, gāzes un produktu.Jo vairāk tehniskie risinājumi īstenoti, lai mazinātu turbulenci pārvadāšanas laikā, jo efektīvāka tā būs.
