Fluxo laminar e turbulento.

das propriedades do fluxo de líquidos e gases é muito importante para a indústria e os serviços públicos.O laminar e escoamentos turbulentos afeta a velocidade do transporte de água, óleo, dutos de gás natural para diversas aplicações, afeta os outros parâmetros.Estes problemas fazem hidrodinâmica ciência.

Classificação

O ambiente científico regimes de fluxo de líquidos e gases são divididos em duas classes completamente diferentes: fluxo laminar

• (jet);
• turbulento.

também distinguir fase de transição.Aliás, o termo "líquido" tem um significado amplo: pode ser incompressível (na verdade é um líquido), compressível (gás), a realização, e assim por diante D.

Fundo

Outra Mendeleev em 1880, foi sugerido.a existência de dois modos tendências opostas.Mais detalhes sobre esta questão examinou o físico britânico e engenheiro Osborne Reynolds, concluiu um estudo em 1883.Em primeiro lugar, praticamente, em seguida, usar a fórmula, ele descobriu que a baixa velocidade do fluxo se torna fluxo laminar de forma líquidos: camadas (correntes de partículas) é quase misto e mover ao longo de caminhos paralelos.No entanto, depois de superar um determinado valor crítico (para diferentes condições é diferente), ligou para o número de Reynolds regime de escoamento estão mudando a corrente de jato torna-se caótica vortex - que é turbulento.Verificou-se que estes parâmetros são peculiares, em certa medida e de gases.

cálculos práticos cientistas britânicos mostraram que o comportamento de, por exemplo, água, é altamente dependente da forma e tamanho do tanque (tubos, canais, capilares, etc.), na qual flui.Os tubos com uma secção transversal circular (estes são utilizados para a montagem de condutas de pressão), o seu número de Reynolds - A fórmula do estado crítico é descrito como: Re = 2300. Para o fluxo de canais abertos número de Reynolds mais: Re = 900. Em valores mais baixos de re para se ordenadas,em geral - caótico.

Laminar diferença

entre a turbulência de fluxo laminar é na natureza e na direção da água (gás) flui.Eles se movem camadas, sem mistura e sem pulsações.Em outras palavras, o movimento tem lugar de modo uniforme, sem saltos irregulares na direcção de pressão e velocidade.

fluxo laminar é formado, por exemplo, nos vasos sanguíneos estreitos de criaturas e plantas que vivem capilares sob condições comparáveis, a uma corrente de fluidos muito viscosos (oleodutos).Para visualizar a corrente de jato, um pouco para revelar a torneira - água vai fluir tranquilamente, de maneira uniforme, sem se misturar.Se você desapertar a torneira até o final, a pressão do sistema vai subir eo fluxo vai se tornar caótica.

fluxo turbulento

contrário laminar em que as partículas se movem ao longo dos caminhos vizinhas praticamente paralelas, o fluxo de fluido turbulento é de natureza aleatória.Se usarmos a abordagem de Lagrange, as trajetórias das partículas podem ser arbitrariamente interferir e se comportam de forma bastante imprevisível.Movimento de líquidos e gases em tais condições é sempre transitório, e os parâmetros de estes não estacionária pode ter uma gama muito ampla.

Como o fluxo de gás laminar torna-se turbulento, pode ser rastreada no exemplo de nuvens de fumaça de um cigarro queimando no ar parado.Inicialmente, as partículas movem-se caminhos paralelos quase inalterada no tempo.Smoke parece fixa.Então, em algum momento, de repente surgem grandes redemoinhos que se movem de forma completamente aleatória.Estes vórtices desintegrar-se em menores - para ainda menores e assim por diante.Finalmente, o fumo é quase misturado com o ar ambiente.

Cycles turbulência

O exemplo acima é um livro, e de suas observações os cientistas fizeram as seguintes conclusões:

1. fluxo laminar e turbulento são probabilística na natureza: a transição de um regime para outro não é exatamente no lugar certo, e de forma bastante arbitrária, aleatórialocalização.
2. primeira grandes vórtices ocorrer que são maiores do que o tamanho de colunas de fumaça.Movimento torna-se instável e altamente anisotrópica.Grandes fluxos se tornam instáveis ​​e quebram-se em cada vez menor.Assim, há uma hierarquia de turbilhões.A energia é transferida do movimento de grandes a pequenos, e no final desse processo desaparece - há dissipação de energia em pequena escala.
3. fluxo turbulento é irregular: um vórtice particular pode ser em um lugar imprevisível completamente aleatório.Fumo Mistura
4. com o ar ambiente não ocorre em laminar e em turbulento - é muito intensa.
5. Apesar do fato de que as condições de contorno são estacionários, a própria turbulência tem um transitório pronunciado na natureza - todos os parâmetros de gás-dinâmico mudar ao longo do tempo.

Há uma outra propriedade importante de turbulência: é sempre tridimensional.Mesmo se considerarmos o fluxo unidimensional em um tubo ou uma camada limite bidimensional, é ainda o movimento de vórtices turbulentos ocorrer nas direcções dos três eixos.Número

Reynolds: a fórmula

transição de laminar à turbulência caracterizado por o chamado número crítico de Reynolds:

Recr = (ρuL / μ) Cr,

onde ρ - densidade do fluxo, u - a velocidade característica do fluxo;G - tamanho característico do fluxo, u - coeficiente de viscosidade dinâmica, cr - Mais em um tubo com uma secção transversal circular.

exemplo, a fluir com velocidade u no tubo como o diâmetro do tubo L é usado.Osborne Reynolds demonstrou que, neste caso, 2300 & lt; Recr & lt;20000. O spread é muito grande, quase uma ordem de magnitude.

resultado semelhante é obtido na camada limite em uma placa.A dimensão característica é tirado a partir do bordo da frente da placa, e depois a 3 × 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Se L é definida como a espessura da camada limite, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Há estudos experimentais que mostram que o valor da manh pode ser ainda maior.

conceito de velocidade perturbação

laminar e fluxo de fluido turbulento e, por conseguinte, o valor crítico do número de Reynolds (Re) depende de vários factores:. O gradiente de pressão, a altura dos montículos rugosidade, a intensidade da turbulência no fluxo externo, temperatura e assim por diante Por conveniência,Estes factores são chamados de taxa total de ira, como eles têm uma certa influência sobre a taxa de fluxo.Se esta perturbação é pequeno, ele pode ser reembolsado forças viscosas que procuram alinhar o campo de velocidade.Para grandes perturbações no interior pode tornar-se instável, e há turbulência.

Dado que o significado físico do número de Reynolds, - a proporção de forças de inércia e forças viscosas, perturbações de fluxo abrangidos pela fórmula: Re =

ρuL / μ = ρu2 / (μ × (U / L)).

O numerador é o dobro da altura de velocidade, e o denominador - o valor de atrito com o procedimento de stress, se L é tomado como a espessura da camada limite.Pressão dinâmica tende a destruir as forças de equilíbrio e de fricção se opõem a esta.No entanto, não está claro por que a força de inércia (ou pressão dinâmica) muda apenas quando eles são 1.000 vezes mais forças viscosas.Cálculos e fatos

provavelmente mais convenientes

para ser utilizado como uma característica de velocidade Recr não absoluta L velocidade de fluxo, e a perturbação de velocidade.Neste caso, o número de Reynolds crítico será de cerca de 10, que está em excesso de perturbação pressão dinâmica sobre as tensões viscosos 5 vezes o fluxo laminar, para um turbulento fluxos de fluidos.Esta definição Re de acordo com alguns cientistas é bem explicada pelos seguintes fatos comprovados experimentalmente.

ao perfil de velocidade perfeitamente uniforme sobre uma superfície perfeitamente lisa é tradicionalmente determinada pelo número Recr tende ao infinito, ou seja, a transição para a turbulência não é realmente existe.Mas, o número de Reynolds é determinada a partir da perturbação velocidade é menor do que o valor crítico, o que é igual a 10.

a presença de turbulência artificial, causando um aumento de velocidade, comparável à taxa principal, o fluxo torna-se turbulento em muito menor número de Reynolds de manh, determinado absolutavalor de velocidade.Isto permite utilizar o valor do coeficiente de manh = 10, onde a velocidade característica é o valor absoluto da velocidade da perturbação causada pelos motivos acima referidos.Estabilidade

de regime de fluxo laminar no pipeline

Laminar e turbulento característico fluxo de todos os tipos de líquidos e gases em ambientes diferentes.Na natureza, os fluxos laminares são raros e caracterizados, por exemplo, para restringir rios subterrâneos nas planícies.Muito mais preocupado com esta questão no contexto de aplicações científicas para o transporte por dutos de água, óleo, gás e outros fluidos.

questionar a estabilidade de fluxo laminar está intimamente relacionado com o estudo do movimento perturbado do fluxo principal.Ele é encontrado para ser afetada pelas chamadas pequenas perturbações.Dependendo se eles estão crescendo ou desaparecendo ao longo do tempo, o fluxo básico é considerado estável ou instável.

fluidos compressíveis e compressíveis

Um dos factores que influenciam o fluxo laminar e turbulento do fluido é a sua compressibilidade.Esta propriedade do fluido é especialmente importante no estudo da estabilidade de processos não estacionários em uma rápida mudança do fluxo principal.

Estudos mostram que o fluxo laminar de um fluido incompressível numa secção cilíndrica de tubo resistente a relativamente pequeno com simetria axial e perturbações não axissimétrica em espaço e tempo.

Recentemente, os cálculos são efectuados sobre a influência de perturbações sobre a resistência do fluxo de simetria axial, na parte de entrada do tubo cilíndrico onde a corrente principal é dependente das duas coordenadas.O eixo de coordenadas do tubo é considerada como um parâmetro que depende do perfil de velocidade do tubo de fluxo principal de raio.

Conclusão Apesar de séculos de estudo, não se pode dizer que fluxo laminar e turbulento minuciosamente estudados.Estudos experimentais em nível micro colocam novos problemas que exigem uma justificação cálculo fundamentado.A natureza da investigação é aplicado eo benefício: o mundo colocou milhares de quilômetros de água, óleo, gás e produto.As soluções mais técnicas implementadas para reduzir a turbulência durante o transporte, mais eficaz ele será.