Laminar și curgerea turbulentă.

a proprietăților fluxurilor lichide și gaze este foarte important pentru industria și utilități publice.Laminare și fluxurile de turbulente afectează viteza de transport a apei, ulei, conductele de gaze naturale pentru diverse aplicații, afectează alți parametri.Aceste probleme fac hidrodinamica știință.

Clasificare

mediul științific regimuri de curgere de lichide și gaze sunt împărțite în două clase complet diferite: cu flux laminar

• (jet);
• turbulent.

distinge, de asemenea, etapa de tranziție.De altfel, termenul de "lichid" are un sens larg: acesta poate fi incompresibil (este de fapt un lichid), compresibile (gaz), conducerea, și așa mai departe D.

fundal

Un alt Mendeleev în 1880, a fost sugerat.existența a două tendințe opuse moduri.Mai multe detalii despre acest subiect examinat fizicianul britanic și inginerul Osborne Reynolds, a finalizat un studiu în 1883.În primul rând, practic, și apoi utilizați formula, el a constatat că la viteză redusă fluxul devine flux laminar de forma lichidelor: straturi (fluxuri de particule) este aproape mixt și pentru a muta de-a lungul căi paralele.Cu toate acestea, după depășirea o anumită valoare critică (pentru condiții diferite, este diferit), numit numărul Reynolds de regimuri de curgere a fluidului se schimbă jetul devine vortex haotic - care este turbulent.Sa constatat că acești parametri sunt specifice într-o anumită măsură și gaze.

calcule practice Oamenii de știință britanici au demonstrat că comportamentul, de exemplu, apa, este foarte dependentă de forma și mărimea rezervorului (conducte, canale, capilare, etc.), în care curge.Tuburile având o secțiune transversală circulară (acestea sunt utilizate pentru montarea conductelor de presiune), numărul său Reynolds - formula statului critic este descris ca: Re = 2300. Pentru fluxul de canale deschise cu un număr Reynolds mai: Re = 900 La valori mai mici de Re este ordonat,la mare - haotic.

laminar diferență

între turbulențe flux laminar este în natura și direcția de apă (gaz) fluxurile.Ei se mișcă straturi, fără a se amesteca și fără pulsații.Cu alte cuvinte, mișcarea are loc uniform, fără salturi neregulat în direcția de presiune și viteza.Flux laminar

este format, de exemplu, în vasele de sânge înguste de creaturi și plante capilare trai în condiții comparabile, la un curent de fluide foarte vâscoase (conducte de petrol).Pentru a vizualiza fluxul de jet, destul de un pic pentru a descoperi robinetul - apă va curge în liniște, uniform, fără a se amesteca.Dacă ați deșurubați robinetul până la sfârșit, presiunea sistemului va crește și fluxul va deveni haotic.

turbulenta fluxului

Spre deosebire laminară în care particulele se deplaseze de-a lungul căilor apropiere practic paralele, fluxul de fluid turbulent este aleatoare în natură.Dacă vom folosi abordarea Lagrange, traiectoriile particulelor pot fi interfera în mod arbitrar și se comporta destul de imprevizibil.Mișcarea de lichide și gaze în aceste condiții este întotdeauna trecătoare, și parametrii acestor non-staționare pot avea o gamă foarte largă.

Cum debitul de gaz laminar devine turbulent, pot fi urmărite pe exemplul fuioare de fum de țigară arde o în aer încă.Inițial, particulele muta căi aproape paralele neschimbată în timp.Fum pare fix.Apoi, la un moment dat apar brusc vârtejuri mari, care se misca complet aleator.Aceste vartejuri dezintegra în cele mai mici - pentru chiar mai mici și așa mai departe.În cele din urmă, fumul este aproape amestecat cu aerul înconjurător.

Cicluri turbulențele

exemplul de mai sus este un manual, și de observațiile sale oamenii de stiinta au făcut următoarele concluzii:

1. laminar și curgerea turbulentă sunt probabilistic în natură: trecerea de la un regim la altul nu este exact în locul potrivit, și într-o destul de arbitrar, aleatoriulocație.
2. vartejuri primul mari apar, care sunt mai mari decât dimensiunea de fuioare de fum.Mișcarea devine inconstant și puternic anizotrope.Fluxuri mari devin instabile și rupe în ce mai mici.Astfel, există o ierarhie de vârtejuri.Energia de mișcare este transferată de la mare pentru a mici, iar la sfârșitul acestui proces dispare - există disipare a energiei la scară mică.
3. curgere turbulentă este haotic: o anumită vortex poate fi într-un loc complet aleator, imprevizibil.
4. Amestecarea fum cu aerul înconjurător nu are loc în laminar și turbulent in - este foarte intensă.
5. ciuda faptului că condițiile limită sunt staționare, turbulențele în sine are un pronunțat caracter tranzitoriu - toți parametrii de gaze dinamic schimba in timp.

există o altă proprietate importantă de turbulențe: este întotdeauna tridimensională.Chiar dacă luăm în considerare fluxul unidimensional într-o conductă sau strat limită de două-dimensional, este încă mișcarea vartejuri turbulente apar în direcțiile celor trei axe.Numărul

Reynolds: formula

tranziția de la laminar turbulenței caracterizată prin așa-numitul număr critic Reynolds:

Recr = (ρuL / μ) cr,

unde ρ - densitatea fluxului, u - viteza caracteristică a fluxului;L - dimensiunea caracteristică a fluxului, p - coeficientul vâscozitate dinamică, cr - peste pe o țeavă cu o secțiune transversală circulară.Exemplu

, sa curga cu viteza u în conducta ca este folosit diametrul conductei L.Osborne Reynolds a demonstrat că, în acest caz 2,300 & lt; Recr & lt;20000. răspândirea este foarte mare, aproape un ordin de mărime.

rezultat similar se obține în stratul limită pe o farfurie.Dimensiunea caracteristică este luat de la marginea frontală a plăcii, iar apoi 3 x 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Dacă L este definit ca grosimea stratului limită, 2,700 & lt; Recr & lt;9000. Există studii experimentale care au demonstrat că valoarea Recr poate fi chiar mai mare.Conceptul

vitezei perturbare

curgerea laminară și fluid turbulent, și în consecință, valoarea critică a numărului Reynolds (Re) depinde de mulți factori:. Gradientul de presiune, înălțimea de coline rugozitate, intensitatea turbulenței în curgerea extern, temperatura și așa mai departe Pentru comoditate,Acești factori sunt numite rata totala indignare, deoarece acestea au o anumită influență asupra debitului.Dacă această perturbație este mic, acesta poate fi rambursat forțele vâscoase care doresc să se alinieze domeniul viteză.Pentru perturbații mari în cadrul poate deveni instabil, și nu există turbulență.

Având în vedere că sensul fizic al numărului Reynolds - raportul de forțe de inerție și forțele vâscoase, turbulente acoperite prin formula:

Obiectul = ρuL / μ = ρu2 / (μ x (u / L)).

Numărătorul este de două ori capul viteză, iar numitorul - valoarea de a avea stresul de frecare procedură, dacă L este luată ca grosimea stratului limită.Presiune dinamică tinde să distrugă forțele de echilibru si de frictiune se opun acestei.Cu toate acestea, nu este clar de ce forța de inerție (sau presiunea dinamică) se modifică numai atunci când acestea sunt 1.000 de ori mai multe forțe vâscoase.Calcule și fapte

probabil mai convenabile

să fie folosită ca o viteză caracteristică Recr nu viteza de curgere absolut u, iar perturbarea vitezei.În acest caz, numărul Reynolds critic va fi de aproximativ 10, care este în exces de perturbare presiunii dinamice peste tensiunile vâscoase 5 ori curgerea laminară a unui fluidul curge turbulente.Această definiție Re conform unor oameni de stiinta este bine explicată prin următoarele fapte dovedite experimental.

la profilul perfect uniform vitezei pe o suprafață perfect netedă este determinată în mod tradițional de numărul Recr tinde la infinit, adică trecerea la turbulențe nu este de fapt acolo.Dar numărul Reynolds este determinată de perturbarea viteza este mai mică decât valoarea critică, care este egal cu 10.

prezența turbulențe artificial, provocând un val de viteză, comparabil cu rata de prim, fluxul devine turbulentă număr mult mai mici Reynolds decât Recr, anumite absolutvaloare de viteză.Acest lucru permite să utilizeze valoarea coeficientului Recr = 10, unde viteza caracteristică este valoarea absolută a perturbației vitezei cauzate de motivele de mai sus.Stabilitatea

regimului flux laminar în conducta

laminar și turbulent caracteristica de curgere a tuturor tipurilor de lichide și gaze în medii diferite.In natura, fluxurile de laminare sunt rare și se caracterizează, de exemplu, pentru a reduce fluxurile subterane din zona de câmpie.Mult mai preocupat de această problemă în contextul aplicațiilor științifice pentru transportul prin conducte de apă, petrol, gaze și alte fluide.

îndoială stabilitatea curgere laminară este strâns legată de studiul mișcării perturbate din fluxul principal.Se dovedește a fi afectate de așa-numitele perturbatii mici.În funcție de dacă acestea sunt în creștere sau decolorare în timp, fluxul de bază este considerat stabil sau instabil.

fluide compresibile și comprimabile

Unul dintre factorii care influențează curgerea laminară și turbulentă a fluidului este de compresibilitate sa.Această proprietate a fluidului este deosebit de important în studiul stabilității proceselor nestaționare într-o schimbare rapidă a fluxului principal.

arată că fluxul laminar de fluid incompresibil o într-o secțiune conductă cilindrică rezistente la axisimetric relativ mici și perturbatii non-axisimetrice în spațiu și timp.

Recent, calculele sunt realizate pe influența perturbări pe rezistența la curgere axisimetric în partea de admisie a tubului cilindric în care curentul principal este dependentă de cele două coordonate.Axa de coordonate al conductei este considerat ca un parametru, care depinde de profilul vitezei de raza conducta principală de curgere.

Concluzie În ciuda secole de studiu, nu se poate spune că laminar și turbulent de curgere bine studiat.Studii experimentale la nivel micro pune noi probleme care necesită o justificare calcul motivată.Natura cercetării se aplică și în beneficiul: lumea a pus mii de kilometri de apă, petrol, gaze și produse.Soluțiile tehnice implementate pentru a mai reduce turbulența în timpul transportului, cu atât mai eficient va fi.