Przepływ laminarny i turbulentny.

Badanie właściwości przepływu cieczy i gazów jest bardzo ważne dla przemysłu i obiektów użyteczności publicznej.Laminarny i przepływy turbulentne wpływa na szybkość transportu wody, oleju, gazociągi do różnych zastosowań, wpływa na inne parametry.Problemy te nie hydrodynamiki naukowych.

Klasyfikacja

Środowisko naukowe reżimy przepływu cieczy i gazów są podzielone na dwie zupełnie różne klasy:

• laminarnych (jet);
• turbulentny.

również wyróżnić etap przejściowy.Nawiasem mówiąc, określenie "płyn" ma szerokie znaczenie: może być nieściśliwy (w rzeczywistości jest to ciecz), ściśliwy (gaz), prowadzenie i tak dalej D.

Background

Innym Mendeleev 1880 zasugerowano.istnienie dwóch przeciwstawnych tryby trendów.Więcej szczegółów na ten temat zbadał brytyjski fizyk i inżynier Osborne Reynolds, ukończył studia w 1883 roku.Po pierwsze, praktycznie, a następnie użyć formuły, okazało się, że przy niskich prędkościach przepływ staje się laminarny przepływ cieczy postaci: warstwy (strumienie cząstek) jest prawie mieszane i poruszają się po liniach równoległych.Jednakże, po pokonaniu określonej wartości krytycznej (dla różnych warunków jest inny), zwany liczbę Reynoldsa reżimów przepływu cieczy zmieniają strumieniowych się chaotycznie vortex - to jest turbulentny.Stwierdzono, że parametry te są specyficzne dla pewnego zakresu i gazów.

praktycznych obliczeń brytyjskich naukowców wykazały, że zachowanie, na przykład woda, jest w dużym stopniu uzależniona od kształtu i wielkości zbiornika (rury, kanały, kapilar, etc.), w którym to płynie.Rury o kołowym przekroju poprzecznym (są stosowane do montażu rurociągów ciśnieniowych), jego liczba Reynoldsa - skład w stanie krytycznym jest opisany jako: Re = 2300. Dla przepływu otwartych kanałów liczba Reynoldsa więcej: Re = 900. Przy niższych wartościach Re, jest zamówionegow ogóle - chaotyczne.

laminarny przepływ

różnica między turbulencji przepływu laminarnego w charakterze i kierunku wody (gaz) przepływa.Poruszają się warstw, bez mieszania i bez pulsacji.Innymi słowy, ruch odbywa się równomiernie, bez nieregularne skoków w kierunku ciśnienia i szybkości.

przepływ laminarny jest utworzona, na przykład, w wąskich naczyń krwionośnych żywych stworzeń i roślin kapilar w porównywalnych warunkach, w strumieniu cieczy bardzo lepkich (ropociągi).Aby wyobrazić sobie strumień odrzutowy, trochę ujawnić kran - woda będzie płynąć spokojnie, równomiernie, bez mieszania.Jeśli odkręcić kran do końca, ciśnienie w układzie wzrośnie i przepływ staje się chaotyczne.

turbulentny przepływ

przeciwieństwie laminarnego, w której cząstki poruszają się w pobliżu praktycznie równoległymi ścieżkami burzliwy przepływ płynu jest przypadkowy charakter.Jeśli używamy Lagrange'a podejście, trajektorie cząstek może być dowolnie ingerować i zachowują się bardzo nieprzewidywalnie.Ruch cieczy i gazów w tych warunkach jest zawsze tymczasowe, a parametry tych niestacjonarnych mogą mieć bardzo szeroki zakres.

Jak laminarny przepływ gazu staje się burzliwy, można prześledzić na przykładzie smugi dymu z palącego się papierosa w nieruchomym powietrzu.Początkowo, cząstki poruszają się prawie równoległe ścieżki bez zmian w czasie.Dym wydaje się stała.To w pewnym momencie nagle pojawiają się duże wiry, które poruszają się zupełnie przypadkowo.Wiry te rozpadają się na mniejsze - dla jeszcze mniejsze i tak dalej.Ostatecznie dym jest prawie miesza się z powietrzem otoczenia.

Cycles turbulencji

Powyższy przykład jest podręcznikiem, a od jego obserwacji naukowcy dokonali następujących wniosków:

1. Przepływ laminarny i turbulentny są probabilistyczny charakter: przejście z jednego systemu do drugiego, nie jest dokładnie w odpowiednim miejscu, a raczej arbitralne, losowolokalizacja.
2. pierwsze duże wiry zdarza się, że są większe niż rozmiar smugi dymu.Ruch staje się niestabilny i silnie anizotropowe.Duże przepływy stać się niestabilny i rozpadają się na mniejsze.Tak więc, nie jest hierarchia wirów.Energia ruchu jest przenoszona z dużej na małą, a na koniec tego procesu znika - jest rozpraszanie energii przy małych łusek.
3. Przepływ turbulentny jest zmienna: a zwłaszcza wirowe mogą być całkowicie losowe, nieprzewidywalnym miejscu.
4. Mieszanie dymu z powietrza nie ma miejsca w laminarny i turbulentny - jest bardzo intensywny.
5. Pomimo faktu, że warunki brzegowe są stacjonarne, sam turbulencji ma wyraźny charakter przejściowy - wszystkie parametry dynamiczne zmiany gazu w czasie.

Istnieje inna ważna właściwość turbulencji: jest zawsze trójwymiarowy.Nawet, jeśli weźmiemy pod uwagę przepływ jednowymiarowy rurą lub dwuwymiarowej warstwy granicznej, to jeszcze ruch turbulentne wiry występować w kierunkach trzech osi.Numer

Reynolds: formuła

przejście od laminarnego turbulencją charakteryzują się tzw krytycznej liczby Reynoldsa:

śni = (ρuL / μ) cr,

gdzie ρ - gęstość strumienia, u - charakterystyka prędkości przepływu;L - charakterystyczna wielkość przepływu ľ - dynamiczny współczynnik lepkości, Cr - powyżej na rurze o przekroju kołowym.Przykładem

, płynąć z prędkością u w rurze jak średnica rury L jest używany.Osborne Reynolds wykazały, że w tym przypadku 2300 & lt; recr & lt;20000. Spread jest bardzo duży, prawie o rząd wielkości.

Podobny wynik uzyskuje się w warstwie granicznej na płytce.Charakterystyczny wymiar jest zabrane od przedniej krawędzi płytki, a następnie 3 x 105 & lt; śni & lt;4 × 104.Jeśli L jest definiowany jako grubość warstwy granicznej, 2700 °, w wy-lt;9000. Istnieją badania eksperymentalne, które wykazały, że wartość recr mogą być jeszcze większe.

pojęcie prędkość zaburzeń

laminarnego i turbulentnego przepływu płynu, a w związku z czym krytyczna wartość liczby Reynoldsa (Re) zależy od wielu czynników. Gradientu ciśnienia, wysokość hillocks chropowatości, intensywności turbulencji w strumieniu zewnętrznego, temperatury i tak dalej dla wygody,Czynniki te są nazywane całkowita szybkość wzburzenie, ponieważ mają pewien wpływ na szybkość przepływu.Jeśli to zaburzenie jest mały, może być spłacony sił lepkości mające na celu wyrównanie pola prędkości.W przypadku dużych zakłóceń może przyczyniać się niestabilny i nie ma turbulencji.

Ponieważ fizyczne znaczenie liczby Reynoldsa - stosunek sił bezwładności i siły lepkości, zaburzenia przepływu objętych wzorem:

Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ x (U / l)).

Licznik jest dwukrotnie większa od prędkości głowicy i mianownik - wartość o naprężenia cierne wewnętrzny, jeżeli L jest przyjmowana jako grubość warstwy przyściennej.Ciśnienie dynamiczne dąży do zniszczenia równowagi i siły tarcia sprzeciwiają się temu.Jednak nie jest jasne, dlaczego siła bezwładności (lub ciśnienie dynamiczne) zmienia się tylko wtedy, gdy są 1000 razy siły bardziej lepkie.Obliczenia

i fakty

prawdopodobnie bardziej dogodne do stosowania jako charakterystycznej prędkości recr nie absolutne prędkości przepływu U, i zaburzenie prędkości.W tym przypadku krytyczna liczba Reynoldsa wynosi około 10, to znaczy w nadmiarze ciśnienia dynamicznego zaburzenia na lepkich naprężeń 5 razy większy od przepływu laminarnego do turbulentnego przepływu płynu.Ta definicja Re według niektórych naukowców jest dobrze wyjaśnione przez następujące eksperymentalnie udowodnionych faktów.

idealnie równomierny profil prędkości na doskonale gładkiej powierzchni jest tradycyjnie określana przez ilość śni dąży do nieskończoności, to znaczy przejście do turbulencji w rzeczywistości nie jest tam.Jednak liczba Reynoldsa jest określana z zaburzeń prędkość jest mniejsza od wartości krytycznej, która jest równa 10.

obecność sztucznego turbulencji, powodując wzrost szybkości, porównywalną do głównego szybkością, przepływ staje się burzliwy w znacznie mniejszej liczby Reynolds niż recr pewne absolutnymWartość prędkości.Pozwala to na wykorzystanie wartości współczynnika recr = 10, w którym prędkość charakterystyczną jest wartość bezwzględna prędkości zaburzeń spowodowanych przez wyżej powodów.

stabilność reżimu przepływu laminarnego w rurociągu

laminarnym i turbulentnym charakterystyki przepływu wszelkiego rodzaju cieczy i gazów w różnych środowiskach.W naturze, przepływy laminarne są rzadkie i charakteryzuje, na przykład, aby zawęzić podziemne strumienie na stepie.Znacznie bardziej zaniepokojeni tą kwestią w kontekście zastosowań naukowych do transportu wody rurociągami ropy, gazu i innych płynów.

pytanie stabilność przepływu laminarnego jest ściśle związane z badań nad zaburzeniami ruchu głównego strumienia.Okaże się, aby mieć wpływ na tak zwanych małych perturbacji.W zależności od tego, czy są one rosną lub blaknięcie, podstawowy strumień jest uważana za stabilną lub niestabilną.

ściśliwe i ściśliwych płynów

Jednym z czynników wpływających na laminarny i turbulentny przepływ płynu jest jej ściśliwość.Ta właściwość płynu jest szczególnie ważna w badaniach stabilności procesów niestacjonarnych w szybkiej zmiany przepływu głównego.

pokazują, że laminarny przepływ płynu nieściśliwego w odpornego na stosunkowo niewielkim osiowo i non-osiowosymetrycznych zakłóceń w czasie i przestrzeni części cylindrycznej rury.

Ostatnio, obliczenia są przeprowadzane na wpływ zakłóceń na opór przepływu osiowo w części wlotowej rury cylindrycznej, gdzie główny prąd zależny od dwóch współrzędnych.Oś współrzędnych rury jest uważany za pomocą parametru, który zależy od profilu prędkości głównego promienia rury przepływowej.

Wnioski Pomimo wieków badań, nie można powiedzieć, że laminarny i turbulentny dokładnie zbadane.Badania eksperymentalne na poziomie mikro stwarzają nowe problemy wymagające uzasadnioną obliczeń uzasadnienie.Charakter badań jest stosowany i korzyści: świat położył tysiące kilometrów od wody, oleju, gazu i produktów.Rozwiązania bardziej techniczne realizowane w celu zmniejszenia turbulencji podczas transportu, tym bardziej skuteczne będzie.