studie van de eigenschappen van vloeistof en gasstromen is zeer belangrijk voor de industrie en nutsbedrijven.De laminaire en turbulente stromingen invloed op de snelheid van het transport van water, olie, aardgas pijpleidingen voor verschillende toepassingen, beïnvloedt de andere parameters.Deze problemen doen wetenschap hydrodynamica.
Classificatie
De wetenschappelijke omgeving stromingsregimes van vloeistoffen en gassen zijn verdeeld in twee totaal verschillende klassen:
- laminaire stroming (jet);
- turbulent.
ook onderscheiden overgangsfase.Overigens, de term "vloeistof" heeft een brede betekenis: het kan onsamendrukbare zijn (het is eigenlijk een vloeistof), samendrukbare (gas), het uitvoeren van, en ga zo maar door D.
Achtergrond
Een andere Mendelejev in 1880 werd gesuggereerd.het bestaan van twee tegengestelde standen trends.Meer details over deze kwestie onderzocht de Britse natuurkundige en ingenieur Osborne Reynolds, voltooide een studie in 1883.Gebruik eerst virtueel, en dan is de formule, vond hij dat bij lage snelheid van de stroom wordt laminaire stroming van vloeistoffen vorm: lagen (stromen van deeltjes) is bijna gemengd en bewegen langs parallel lopen.Echter, na het overwinnen van een bepaalde kritische waarde (voor verschillende omstandigheden is het anders), noemde het getal van Reynolds van de vloeistofstroom regimes veranderen de straalstroom wordt chaotisch vortex - dat is turbulent.Het bleek dat deze parameters eigen aan een zekere mate en gassen.
praktische berekeningen Britse wetenschappers hebben aangetoond dat het gedrag van bijvoorbeeld water, is sterk afhankelijk van de vorm en grootte van de tank (pijpen, kanalen, capillairen, etc.), waarin het stroomt.De buizen met een cirkelvormige doorsnede (deze worden gebruikt voor het monteren van de druk leidingen), het getal van Reynolds - is de formule van de kritieke toestand omschreven als: Re = 2300. Voor de stroom van open kanalen Reynoldsgetal meer: Re = 900. Bij lagere waarden van Re voor wordt besteld,bij groot - chaotisch.
laminaire stroming
verschil tussen laminaire stroming turbulentie in de aard en de richting van het water (gas) stroomt.Ze bewegen lagen, zonder menging en zonder pulsaties.Met andere woorden, de beweging plaatsvindt gelijkmatig zonder onregelmatige sprongen in de drukrichting en snelheid.
laminaire stroming wordt gevormd, bijvoorbeeld, in de smalle bloedvaten van levende wezens en planten haarvaten onder vergelijkbare omstandigheden, bij een stroom van zeer visceuze vloeistoffen (oliepijpleidingen).Om de straalstroom te visualiseren, nogal wat om de kraan te onthullen - water rustig stromen, gelijkmatig, zonder het te mengen.Als u de kraan tot het einde los te schroeven, zal het systeem de druk stijgen en de stroom zal chaotisch geworden.
Turbulente stroming
Unlike laminaire waarin de deeltjes bewegen langs de nabijgelegen nagenoeg parallelle paden, turbulente vloeistofstroom willekeurig karakter.Als we de Lagrangiaanse aanpak kan de trajecten van de deeltjes willekeurig worden bemoeien en gedragen zich nogal onvoorspelbaar.Verplaatsing van vloeistoffen en gassen in deze omstandigheden altijd voorbijgaand, en de parameters van deze niet-stationaire kunnen zeer uiteenlopende hebben.
Hoe laminaire gasstroom wordt turbulent, kunnen worden getraceerd op het voorbeeld van slierten van rook van een brandende sigaret in de stilstaande lucht.Aanvankelijk bewegen de deeltjes vrijwel parallel lopen tijd onveranderd.Rook lijkt vast.Dan op een bepaald punt plotseling ontstaan grote draaikolken die volledig willekeurig bewegen.Deze vortices uiteenvallen in kleinere - voor nog kleinere enzovoort.Tot slot, de rook is bijna gemengd met omgevingslucht.
Cycles turbulentie
Het bovenstaande voorbeeld is een schoolvoorbeeld, en van zijn waarnemingen wetenschappers de volgende conclusies hebben gemaakt:
- Laminaire en turbulente stroming zijn probabilistische in de natuur: de overgang van de ene regeling naar de andere is niet precies op de juiste plaats, en in een nogal willekeurig, willekeurigelocatie.
- eerste grote wervels optreden die groter zijn dan de grootte van slierten rook.Beweging wordt onstabiel en sterk anisotroop.Grote stromen instabiel en breken in kleinere en kleinere.Aldus is er een hiërarchie van wervelingen.De energie van beweging wordt overgebracht van groot naar klein, en aan het einde van dit proces verdwijnt - er energiedissipatie op kleine schaal.
- turbulente stroming is grillig: een bepaalde vortex kan worden in een volledig willekeurig, onvoorspelbaar plaats.
- Mengen rook met de lucht vindt niet plaats in laminaire en turbulente - is zeer intens.
- Hoewel de randvoorwaarden stationair, de turbulentie zelf heeft een uitgesproken voorbijgaande aard - alle parameters gas-dynamische tijd veranderen.
Er is een andere belangrijke eigenschap van turbulentie: het is altijd driedimensionaal.Zelfs als we de eendimensionale stroming in een pijp of tweedimensionale grenslaag, blijft de beweging van turbulente wervels optreden in de richting van de drie assen.
Reynolds getal: de formule
overgang van laminaire turbulentie gekenmerkt door de zogenaamde kritische Reynoldsgetal:
Recr = (ρuL / μ) cr,
waarbij ρ - dichtheid van de stroom, u - de karakteristieke snelheid van de stroming;L - karakteristieke grootte van de stroom, p - dynamische viscositeit coëfficiënt, cr - meer dan op een pijp met een cirkelvormige doorsnede.
bijvoorbeeld te stromen met snelheid u in de pijp als de diameter L wordt gebruikt.Osborne Reynolds toonde aan dat in dit geval 2300 & lt; Recr & lt;20000. De spreiding is erg groot, bijna een orde van grootte.
soortgelijk resultaat wordt verkregen in de grenslaag op een bord.De karakteristieke dimensie wordt weggenomen van de voorste rand van de plaat, en dan de 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Als L wordt gedefinieerd als de dikte van de grenslaag, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Er zijn experimentele studies die hebben aangetoond dat de waarde van Recr nog groter zijn.
begrip snelheid verstoring
laminaire en turbulente stroming, en derhalve de kritische waarde van het Reynoldsgetal (Re) afhankelijk van vele factoren. Het drukverschil, de hoogte van de heuvels ruwheid turbulentie-intensiteit in de externe stroom, temperatuur enzovoort GemakshalveDeze factoren worden genoemd totale verontwaardiging rate, aangezien zij een zekere invloed op het debiet.Als dit storing klein is, kan het terugbetaald viskeuze krachten die op het snelheidsveld lijnen.Voor grote verstoringen kan binnen instabiel worden en er turbulentie.
Aangezien de fysieke betekenis van het Reynoldsgetal - de verhouding van traagheidskrachten en visceuze krachten, turbulente stroming onder de formule:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ x (u / L)).
De teller is tweemaal de snelheid kop en de noemer - de waarde van het hebben van de procedure wrijving stress, als L wordt genomen als de dikte van de grenslaag.Dynamische druk heeft de neiging om te vernietigen van de balans en wrijvingskrachten tegen deze.Het is echter onduidelijk waarom de traagheidskracht (of dynamische druk) verandert wanneer ze 1.000 keer visceuze krachten.
berekeningen en feiten
waarschijnlijk gemakkelijker te gebruiken als karakteristieksnelheid Recr geen absolute stroomsnelheid u, en de snelheid verstoring.In dit geval wordt de kritieke Reynoldsgetal ongeveer 10, die dan stuwdruk storing via viskeuze spanningen 5 maal de laminaire stroming om een turbulente vloeistof stroomt.Deze definitie Re volgens sommige wetenschappers wordt goed uitgelegd door experimenteel bewezen feiten.
perfect uniform snelheidsprofiel op een perfect glad oppervlak wordt traditioneel bepaald door het aantal Recr naar oneindig, dwz de overgang turbulentie is er eigenlijk niet.Maar Reynolds getal wordt bepaald door de snelheid storing kleiner is dan de kritische waarde, die gelijk is aan 10.
aanwezigheid van kunstmatige turbulentie, waardoor een toename van de snelheid, vergelijkbaar met de prime rate, de stroming turbulent bij veel lagere Reynoldsgetal dan Recr bepaalde absolutesnelheid waarde.Hierdoor kan de waarde van de coëfficiënt Recr = 10, waarbij de karakteristieke snelheid is de absolute waarde van de snelheid verstoring als gevolg van de bovengenoemde redenen gebruikt.
stabiliteit van laminaire stromingsregime in de pijpleiding
laminaire en turbulente stroming kenmerkend allerlei vloeistoffen en gassen in verschillende omgevingen.In de natuur, laminaire stromingen zijn zeldzaam en gekarakteriseerd, bijvoorbeeld ondergrondse stromen in de vlakke verkleinen.Veel meer bezorgd over deze kwestie in het kader van wetenschappelijke toepassingen voor de pijpleiding transport van water, olie, gas en andere vloeistoffen.
vraag de stabiliteit van laminaire stroming is nauw verwant aan de studie van de verstoorde beweging van de hoofdstroom.Het blijkt te worden beïnvloed door de zogenaamde kleine verstoringen.Naargelang ze groeien of vervagen in de tijd, wordt de basisstroom stabiel of onstabiel beschouwd.
samendrukbare en samendrukbare vloeistoffen
Een van de factoren die de laminaire en turbulente stroming van het fluïdum zijn samendrukbaarheid.Deze eigenschap van het fluïdum is vooral belangrijk in het onderzoek van de stabiliteit van niet-stationaire processen in een snelle verandering van de hoofdstroom.
Studies tonen aan dat de laminaire stroming van een onsamendrukbare vloeistof in een cilindrisch buisdeel bestand tegen betrekkelijk kleine as-symmetrische en niet-assymmetrische verstoringen in ruimte en tijd.
Onlangs berekeningen verricht naar de invloed van verstoring van de assymmetrische stromingsweerstand in het inlaatdeel van de cilindrische buis waarin de hoofdstroom afhangt van de twee coördinaten.De coördinatenas van de buis wordt beschouwd als een parameter die afhankelijk is van het snelheidsprofiel van de hoofdstroom pipe radius.
Conclusie Ondanks eeuwen van onderzoek, kan men niet zeggen dat laminaire en turbulente stroming grondig bestudeerd.Experimentele studies op microniveau vormen nieuwe vraagstukken die een met redenen omkleed berekening rechtvaardiging.De aard van het onderzoek wordt toegepast en het voordeel: de wereld legde duizenden kilometers van het water, olie, gas en product.De meer technische oplossingen geïmplementeerd om turbulentie te verminderen tijdens het transport, hoe effectiever het zal zijn.
