Laminarni in turbulentni tok.

preučevanje lastnosti tekočih in plinskih tokov je zelo pomembno za industrijo in javnih služb.Laminarni in turbulentni tokovi vpliva na hitrost prevoza vode, nafte, zemeljskega plinovodov za različne aplikacije, vpliva na druge parametre.Te težave storiti znanosti hidrodinamiko.

Razvrstitev

znanstveno okolje režimi pretoka tekočin in plinov so razdeljeni v dve popolnoma različne razrede:

• laminarnega toka (jet);
• turbulentno.

tudi razlikovati prehodno fazo.Mimogrede, ima izraz "tekoča" širok pomen: je lahko nestisljiva (to je pravzaprav tekočina), stisljiva (plin), vodenje, in tako naprej D.

Ozadje

Druga Mendelejev leta 1880, je bilo predlagano.obstoj dveh nasprotujočih načinih trendov.Več podrobnosti o tem vprašanju preučil britanski fizik in inženir Osborne Reynolds, končal študij leta 1883.Prvič, praktično, in nato uporabite formulo, je ugotovil, da je pri nizki hitrosti toka postane laminarni tok tekočin obliki: nanosi (tokovi delcev), je skoraj mešani in premikanje vzdolž vzporednih poteh.Vendar pa je po premagovanju neko kritično vrednost (v različnih pogojih, da je drugačen), ki se imenuje Reynoldsovo število pretočnih režimov tekočin spreminjajo curkom postane kaotičen vrtinec - da je turbulentna.Ugotovljeno je bilo, da so ti parametri značilne do neke mere in plinov.

vaj Britanski znanstveniki so pokazale, da se obnašanje, na primer, voda, je v veliki meri odvisna od oblike in velikosti posode (cevi, kanali, kapilare, itd), v katerem teče.Cevi imajo krožen prerez (ti so namenjena za pritrditev cevovode), njegova Reynoldsovo število - je formula kritičnem stanju opisana kot: Re = 2300. Za pretok odprtih kanalih Reynoldsovo število več: Re = 900. Pri nižjih vrednostih Re kajti naročenegana splošno - kaotično.

Laminarno

razlika med turbulence laminarnega toka je v naravi in ​​smeri vode (plin) teče.Se premikajo plasti, brez mešanja in brez pulzacij.Z drugimi besedami, poteka gibanje enakomerno brez nenadnih skokov v smeri tlaka in hitrost.Je nastala

laminarni tok, na primer, v ozkih žilah živa bitja in rastline kapilare pod primerljivimi pogoji, pri toku zelo viskozne tekočine (naftovodi).Vizualizirati jet tok, zelo malo, da razkrije pipo - voda bo teklo tiho, enakomerno, brez mešanja.Če odvijte pipo do konca, bo tlak v sistemu naraste in tok bo postalo kaotično.

turbulentni tok

razliko laminarnega v kateri so delci gibljejo po bližini praktično vzporednih poteh, turbulentni tok tekočine naključno v naravi.Če bomo uporabili Lagrangeov pristop, lahko trajektorije delcev ne sme samovoljno posegati in se obnašajo precej nepredvidljivo.Gibanje tekočin in plinov v teh razmerah je vedno prehodna in parametri teh premičnih lahko imajo zelo širok spekter.

Kako laminarni pretok plina postane turbulenten, lahko zasledimo na primer wisps dima z gorečo cigareto v brezvetrju.Sprva so delci premikajo skoraj vzporedne poti nespremenjene v času.Fiksna zdi dim.Potem na neki točki se nenadoma pojavijo velike vrtinci, ki se premikajo povsem naključno.Ti vrtinci razpadejo v manjše - za še manjši, in tako naprej.Nazadnje dim skoraj zmešamo z zunanjim zrakom.

Cycles turbulence

Zgornji primer je učbenik, in od svojih stališč, so znanstveniki na naslednje sklepe:

1. laminarni in turbulentni tok so verjetnostne narave: prehod iz enega sistema v drugega ni na pravem mestu, in v precej samovoljno, naključnolokacija.
2. prvi veliki vrtinci zgodi, da so večje od velikosti wisps dima.Gibanje postane nestabilna in močno anizotropnih.Veliki tokovi postal nestabilen in razbije na manjše in manjše.Tako obstaja hierarhija vrtincev.Energija gibanja prenesemo od velikih do majhnih, in na koncu tega procesa izgine - je energija Odvajanje malim lestvic.
3. turbulentni tok je neredno: posebna vortex lahko v popolnoma naključno, nepredvidljivem mestu.
4. Mešanje dim z zunanjim zrakom ne poteka v laminarni in turbulentni - je zelo intenzivno.
5. Kljub dejstvu, da so robni pogoji v mirovanju, turbulence sama ima izrazito prehodne narave - vsi parametri za plin-dinamično sčasoma spremeni.

Obstaja pa še ena pomembna lastnost turbulence: vedno je tridimenzionalna.Tudi če upoštevamo enodimenzionalnega tok v cevi ali dvodimenzionalno mejne plasti, je še vedno gibanje turbulentnih vrtincev pride v smereh treh osi.

Reynoldsovo število: formula

prehod iz laminarnega turbulenco na značilen tako imenovano kritično Reynoldsovega števila:

Recr = (ρuL / μ) cr,

kjer je ρ - gostota toka, u - karakteristična hitrost pretoka;L - značilno velikost pretoka, | j - dinamično koeficient viskoznosti, Cr - več na cevi s krožnim prečnim prerezom.

primer, da teče s hitrostjo u v cev, kot je uporabljen premer cevi L.Osborne Reynolds je pokazala, da je v tem primeru 2300 & lt; Recr & lt;20000. Razlika je zelo velika, skoraj red velikosti.

Podoben rezultat dobimo pri mejni plasti na pladnju.Značilna razsežnost se odvzame od prednjega roba plošče, in nato 3 x 105 & lt; Recr & lt;4 × 104.Če je L definiran kot debelina mejne plasti, 2700 & lt; Recr & lt;9000. Obstaja eksperimentalne študije, ki so pokazale, da se lahko vrednost Recr še večji.

koncept hitrost motnje

laminarnim in tok turbulentni tekočine, in zato, kritična vrednost Reynoldsovega števila (Re) je odvisna od številnih dejavnikov. Gradient tlaka, višina gričih hrapavosti, intenzivnosti turbulence v zunanjem pretoka, temperature in tako naprej za udobje,Ti dejavniki so imenovani celotna stopnja ogorčenost, saj imajo določen vpliv na stopnjo pretoka.Če ta motenj je majhna, se lahko povrnejo viskozne sile, ki poskušajo uskladiti hitrostno polje.Za velike motnje v lahko postane nestabilen, in tam je turbulence.

Glede na to, da je fizični pomen Reynoldsovega števila - razmerje vztrajnostnih sil in viskoznimi silami, motnje pretoka po formuli zajema:

Re = ρuL / μ = ρu2 / (μ × (u / L)).

Števec je dvakrat hitrost glave in imenovalec - vrednost ob stres trenja postopek, če je L upošteva kot debelina mejne plasti.Dinamični tlak ponavadi uniči ravnovesje in sile trenja temu nasprotujejo.Vendar pa ni jasno, zakaj je vztrajnostna sila (ali dinamični tlak) spreminja le, če so 1000-krat bolj viskozne sile.

izračuni in dejstva

verjetno bolj priročno, ki se uporablja kot značilna hitrost Recr ni absolutna hitrost pretoka u, in hitrosti motnje.V tem primeru se kritični Reynoldsovo število okoli 10, ki je nad dinamičnim tlakom motnje nad viskozne napetosti 5-krat laminarni tok K turbulentnem toku fluida.Ta opredelitev Re po mnenju nekaterih znanstvenikov je dobro pojasniti z naslednjimi eksperimentalno dokazanih dejstev.

da popolnoma enotna Profil hitrosti na popolnoma gladko površino, ki je tradicionalno določena s številom Recr teži k neskončnosti, torej prehoda na turbulence dejansko ne obstaja.Vendar je Reynoldsovo število določi iz je hitrost motenj manjša od kritične vrednosti, ki je enaka 10.

prisotnost ali umetne turbulence, kar je povzročilo val hitrosti, ki bo primerljiva z najugodnejšo obrestno mero, pretok postane turbulenten na precej nižji Reynoldsovo število od Recr nekatere absolutnoVrednost hitrosti.To omogoča uporabo vrednost koeficienta Recr = 10, pri čemer je karakteristična hitrost absolutna vrednost hitrosti motnje, ki jih zgoraj navedenih razlogov povzročil.

stabilnost režima laminarnega toka v cevovodih

laminarni in turbulentni karakteristiko pretoka vseh vrst tekočin in plinov v različnih okoljih.V naravi, laminarni tok, so redka in značilna, na primer, da omejite podzemnih tokov v ravninah.Veliko bolj zaskrbljeni glede tega vprašanja v okviru znanstvenih aplikacij za prevoz cevovodnega vode, nafte, plina in drugih tekočin.

vprašaj stabilnost laminarnega toka je tesno povezana z študiji motene gibanja glavnega toka.To je bilo ugotovljeno, da vplivajo tako imenovanih manjših motenj.Odvisno od tega, ali so se prideluje ali izginja v daljšem časovnem obdobju, se šteje, da je osnovni tok stabilna ali nestabilna.

stisljive in stisljive tekočine

Eden izmed dejavnikov, ki vplivajo na laminarni in turbulentni tok tekočine je njena stisljivost.Ta lastnost tekočine je še posebej pomembno pri študiju stabilnosti premičnih procesov v hitre spremembe glavnega toka.

Študije kažejo, da je tok laminaren nestisljive tekočine v valjastim prerezom cevi odporne na relativno majhnem osnosimetrični in non-osnosimetrični motenj v prostoru in času.

Nedavno se izračuni opravijo o vplivu motenj na odpornosti na osnosimetrično toka v vstopnem delu valjaste cevi, kjer je glavni tok odvisen od dveh koordinat.Koordinatni osi cevi se šteje kot parameter, ki je odvisna od profila hitrosti glavnega polmerom cevi tok.

Zaključek Kljub stoletja študija, nihče ne more reči, da laminarni in turbulentni tok temeljito raziskan.Eksperimentalne študije na mikroravni predstavljajo nova vprašanja, ki zahtevajo utemeljeno izračun utemeljitev.Zaradi narave raziskav se uporablja in koristi: svet iz tisoče kilometrov vode, nafte, plina in izdelka.Bolj tehnične rešitve, ki se izvajajo za zmanjšanje turbulence med prevozom, bolj učinkovita bo.