štúdium vlastností kvapalných a plynných prúdov je veľmi dôležité pre priemysel a verejné služby.Laminárne a turbulentné prúdenie ovplyvňuje rýchlosť prepravy vody, oleja, plynovodov pre rôzne aplikácie, má vplyv na ďalšie parametre.Tieto problémy robiť vedu hydrodynamiky.
Klasifikácia
Vedecký prostredia režimy prúdenia kvapalín a plynov sa delia do dvoch úplne odlišných tried:
- laminárne (jet);
- turbulentné.
tiež rozlišovať prechodnej etapy.Mimochodom, výraz "kvapalina" má široký význam: to môže byť nestlačiteľná (v skutočnosti je to kvapalina), stlačiteľný (plyn), vedenie, a tak ďalej D.
Background
Ďalšie Mendeleev v roku 1880, bolo navrhnuté.existencia dvoch protichodných trendov režimov.Viac informácií o tejto problematike skúmal britský fyzik a inžinier Osborne Reynolds, dokončila štúdiu v roku 1883.Po prvé, v podstate, a potom použite vzorec, zistil, že pri nízkej rýchlosti tok stane sa laminárne prúdenie tekutín tvare: vrstvy (prúdy častíc) je takmer zmiešaný a pohybovať pozdĺž paralelných dráhach.Avšak, po prekonaní určitej kritickej hodnoty (pre rôzne podmienky, že je iný), nazýva číslo Reynolds tekutín režimov prúdenia sa mení tryskové prúdenie sa stáva chaos vír - to je turbulentné.Bolo zistené, že tieto parametre sú typické pre určitej miery a plynov.
praktické výpočty britských vedci preukázali, že správanie, napríklad, voda, je veľmi závislé na tvare a veľkosti nádrže (potrubia, kanály, kapilár a podobne), v ktorom tečie.Rúrky, ktoré majú kruhový prierez (ak sú použité pre montáž plynovody), jej Reynoldsovo číslo - formula kritického stavu je opísaný ako: Re = 2300. Pre toku otvorených kanáloch Reynoldsovo číslo väčšie: Re = 900. Pri nižších hodnotách Re pre objednanézoširoka - chaotická.
Laminárne
rozdiel medzi laminárnym prúdením turbulencie je v povahe a smere vody (plyn) tokov.Pohybujú sa vrstiev, bez zmiešavania a bez pulzácií.Inak povedané, dôjde k pohybu rovnomerne bez bludných skokov v smere tlaku a rýchlosti.
laminárne prúdenie je vytvorená, napríklad, v úzkych cievach živých tvorov a rastlín kapilár za porovnateľných podmienok, v prúde veľmi mazľavú tekutinu (ropovodov).Ak chcete vizualizáciu tryskové prúdenie, trochu odhaliť kohútik - voda potečie pokojne, rovnomerne, bez miešania.Ak odskrutkovať kohútik až do konca, bude tlak v systéme stúpať a tok stane chaotická.
Turbulentné prúdenie
Na rozdiel od laminárne, v ktorom sa častice pohybujú pozdĺž okolí prakticky paralelných dráhach, turbulentné tok tekutiny je prirodzene náhodná.Ak použijeme Lagrangeovho prístup, trajektórie častíc môžu byť ľubovoľne zasahovať a správať sa úplne nepredvídateľne.Pohyb kvapalín a plynov v týchto podmienkach je vždy prechodné a parametre týchto nestacionárnych môžu mať veľmi širokú škálu.
Ako laminárne prúdenie plynu sa stáva turbulentné, možno vysledovať na príklade obláčiky dymu z horiaceho cigaretou v nehybnom vzduchu.Spočiatku, častice sa pohybujú takmer paralelné cesty bezo zmeny v čase.Dym sa zdá byť opravené.Potom sa v určitom okamihu sa náhle vynorí veľké viery, ktoré sa pohybujú úplne náhodne.Tieto viery sa rozpadajú na menšie častice - pre ešte menšie, a tak ďalej.Napokon, dym je takmer zmieša s okolitým vzduchom.
Cykly turbulencie
Vyššie uvedený príklad je učebnice, ale aj od svojich pozorovaní vedci urobili k nasledujúcim záverom:
- Laminárne a turbulentné prúdenie sú pravdepodobnostné charakter: prechod z jedného režimu do druhého, nie je presne na správnom mieste, a v trochu svojvoľné, náhodnélokalita.
- Prvá veľká vírov nastať situácia, že sú väčšie ako je veľkosť pramienky dymu.Pohyb sa stáva nestabilný a silno anizotropné.Veľké toky nestabilné a rozpadnúť na menšie a menšie.Existuje teda hierarchie vírov.Energie pohybu sa prenáša od veľkého k malému a na konci tohto procesu zmizne - je rozptyl energie v malom meradle.
- turbulentné prúdenie kolíše: konkrétne vortex môže byť v úplne náhodné, nepredvídateľné miesto.
- Miešanie dym s okolitým vzduchom sa nekoná v laminárne a turbulentné - je veľmi intenzívny.
- Napriek tomu, že okrajové podmienky sú v pokoji, sa turbulencie sám má výrazný je prechodná - všetky parametre plynové dynamická v čase meniť.
Tam je ďalšou dôležitou vlastnosťou turbulencie: je vždy trojrozmerný.Dokonca aj keď vezmeme do úvahy jednorozmerné prúdenie v potrubí alebo dvojrozmerné hraničnej vrstve, to je ešte pohyb turbulentných vírov sa vyskytujú v smere všetkých troch osí.
Reynoldsovo číslo: vzorec
prechod z laminárneho turbulencie vyznačujúci sa tým, tzv kritickú Reynoldsovho čísla:
Je zaistená = (ρuL / μ) cr,
kde ρ - hustota toku, u - charakteristickú rýchlosť prúdenia;L - charakteristická veľkosť prietoku, μ - dynamická viskozita koeficient, Cr - cez na rúrku s kruhovým prierezom.
príklad, k toku s rýchlosťou u v potrubí, ako je priemer rúrky L je použitý.Osborne Reynolds preukázali, že v tomto prípade 2300 & lt; rozšír & lt;20000. Šírenie je veľmi veľký, takmer o poriadok.
Podobný výsledok sa získa v hraničnej vrstve na tanieri.Charakteristika rozmer prevážaného od prednej hrany dosky, a potom sa 3 x 105 & lt; rozšír & lt;4 × 104.Ak L je definovaný ako hrúbka medznej vrstvy, 2700 teplote nižšej ako Je zaistená & lt;9000. Tam sú experimentálne štúdie, ktoré ukázali, že hodnota Je zabezpečená, môže byť ešte väčší.
koncepcia rýchlosti poruchovej
laminárnym a turbulentným prúdenie tekutiny, a preto je kritická hodnota Reynoldsovho čísla (Re), závisí od mnohých faktorov :. Tlakového gradientu, je výška pahorky drsnosti, intenzita turbulencie vo vonkajšej prúd, teploty a tak ďalej pre zjednodušenieTieto faktory sa nazývajú celková rozhorčenie rýchlosť, pretože majú určitý vplyv na rýchlosť prúdenia.Ak je táto odchýlka je malý, môže byť vrátená viskóznych síl, ktorí sa snažia vyrovnať rýchlostného poľa.U veľkých odchýlok môže byť v nestabilné, a tam je turbulencie.Vzhľadom k tomu, že
fyzikálny význam Reynoldsovho čísla - pomer zotrvačných síl a viskóznych síl, poruchám prietoku na ktoré sa vzorcom:
Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ x (u / L)).
Čitateľ je dvakrát rýchlostná výška, tak menovateľ - hodnota, ktorá má postup trecie stres, ak L je vzatý ako hrúbka medznej vrstvy.Dynamický tlak má tendenciu ničiť rovnováhu a trecie sily oponovať to.Avšak, to je jasné, prečo zotrvačná sila (alebo dynamický tlak) sa mení iba v prípade, že sú 1000 krát viac viskózne sily.
výpočty a skutočnosti
zrejme vhodnejšie pre použitie ako charakteristická rýchlosti ako pr nie rýchlosti absolútnym prietoku u, a rýchlosti perturbace.V tomto prípade je rozhodujúca Reynoldsovo číslo bude asi 10, ktorá je viac ako dynamického tlaku rozrušenie cez viskózny napätie 5 krát laminárne do turbulentného prúdenia tekutiny.Táto definícia Re podľa niektorých vedcov je dobre vysvetliť nasledujúcimi experimentálne zistených skutočností.
dokonale jednotný profil rýchlosti na dokonale hladký povrch je tradične určená počtom Je zaistená inklinuje k nekonečnu, tj prechod turbulencie, nie je v skutočnosti tam.Ale Reynolds číslo je určená z rýchlosť odchýlka je menšia ako kritická hodnota, ktorá sa rovná 10.
prítomnosť umelého turbulencie, čo spôsobuje nárast rýchlosti, porovnateľný so základnej úrokovej sadzby, tok stane turbulentné na oveľa nižšiu Reynoldsovo číslo než rozšír určitej absolútnejhodnota otáčok.To umožňuje použiť hodnotu koeficientu ako pr = 10, kde je charakteristická rýchlosť je absolútna hodnota rýchlosti rozrušenie spôsobené vyššie uvedených dôvodov.
stabilita režimu laminárneho prúdenia v potrubí
laminárnym a turbulentným charakteristikou všetkých druhov kvapalín a plynov v rôznych prostrediach.V prírode, laminárne prúdenie sú zriedkavé a vyznačujúci sa tým, napríklad, pre zúženie podzemné prúdy v rovinách.Oveľa väčšie starosti o tomto probléme v rámci vedeckých aplikácií pre potrubnú dopravu vody, ropy, plynu a iných tekutín.
otázku stabilita laminárne prúdenie úzko súvisí so štúdiom narušeného pohybu hlavného toku.Je zistené, že sú postihnuté tzv malé odchýlky.V závislosti na tom, či sú rastúce alebo mizne v priebehu času, je základný prúd je považovaný za stabilný alebo nestabilný.
stlačiteľné a stlačiteľné tekutiny
Jedným z faktorov ovplyvňujúcich laminárne a turbulentné prúdenie tekutiny je jeho stlačiteľnosť.Táto vlastnosť tekutiny je dôležité najmä pre štúdium stability nestacionárnych procesov v rýchlou zmenou hlavného toku.
Štúdie ukazujú, že laminárne prúdenie z nestlačiteľné kvapaliny do valcovej časti rúrky odolné proti relatívne malé osovej súmernosti a non-osovo súmerná odchýlkam v priestore a čase.
V poslednej dobe, výpočty sa uskutočňujú na vplyvu porúch na odpore osovo súmerná prietoku v časti valcové trubice, kde je hlavný vstupný prúd je závislý na dvoch súradniciach.Súradnice os rúrky je považovaná za parameter, ktorý závisí na rýchlostnom profile hlavného polomeru prietoku potrubia.
Záver Napriek stáročia štúdia, nemožno povedať, že laminárne a turbulentné prúdenie dôkladne preskúmané.Experimentálne štúdie na mikroúrovni predstavujú nové problémy, ktoré vyžadujú odôvodnené výpočtu odôvodnenie.Z povahy výskumu je aplikovaný a prínos: svet položené tisíce kilometrov vody, ropy, zemného plynu a produktu.Čím viac technické riešenia realizovaná pre zníženie turbulencie v priebehu prepravy, tým účinnejšie bude.
