Laminaarne ja turbulentne vool. vedelikuvoolu režiimide

Õppimine omadusi vedelike ja gaaside vool on väga oluline tööstusharu ja kommunaalteenused. Laminaarne ja turbulentne vool mõju vee transport määr, õli, maagaasi torujuhtmeid erinevatel eesmärkidel, mõjutab teisi parameetreid. Need probleemid teha teaduse hüdrodünaamika.

klassifikatsioon

Teaduslikus keskkonnas vedeliku voolurežiimide ja gaasid on jagatud kahte väga erinevat klassi:

• Laminaarne (tindiprinteri);
• rahutu.

Samuti eristada üleminekuetapp. Muide, sõna "vedel" laia tähendusega: see võib olla incompressible (vedelik tegelikult on), kokkusurutav (gaasi), juhtiv, jne ...

haiguslugu

Teine Mendelejev 1880 idee olemasolu kaks vastandlikku voolurežiimide väljendati. Täpsema selles küsimuses uuris Briti füüsik ja insener Osborne Reynolds, kes lõpetasid uuringu 1883.. Esiteks praktiliselt ning seejärel kasutades valemeid leitakse, et madalal voolukiirus vedeliku transpordi muutub laminaarse kujul: kihid (osakeste voo) on peaaegu segamata ja liiguvad paralleelsed. Kuid pärast ületada teatud kriitilise väärtuse (erinevatel tingimustel on erinev), soovitud Reynoldsi arv vedelikuvoolu tingimused on muutunud: joa vool muutub kaootiline keerise - st turbulentne. Nagu selgus, need parameetrid on mingil määral omane ja gaasid.

Praktiline inglise teadlane arvutused näitasid, et käitumist, näiteks vesi, sõltub suuresti kuju ja mõõtmed tank (torud, kanalid, kapillaarid, jne), kus ta voolab. Torudes ringikujulise ristlõikega (nagu kasutatakse üha suuremat survet torustik), selle Reynoldsi arv - valemiga kriitilise olekus on kirjeldatud järgmiselt: Re = 2300. Selleks, et avada voolu kanal peab Reynoldsi arv on erinev: Re = 900. Väiksemate väärtused Re tellitakse, laiemalt - kaootiline.

laminaarvoolus

Erinevalt laminaarõhuvoolus turbulentne on iseloomu ja suunda veega (gaas) voolab. Nad liiguvad kihid ilma segamise ja ilma pulseerimist. Teisisõnu, toimub kauba liikumine ühtlaselt ilma ettearvamatu hüppab surve suund ja kiirus.

Laminaartiiva fluidumivool moodustatud, näiteks kitsaste veresoonte Elusorganismide taimed kapillaarid ja võrreldavatel tingimustel voolutugevusega väga viskoosne vedelik (kütteõli torustiku kaudu). Visualiseerida joa vool on piisav, et paljastada veidi kraani - vesi voolab vaikselt, ühtlaselt, segamata. Kui keerata prunt lõpuni, süsteemi rõhk tõuseb ja voolu muutub kaootiline.

turbulentne vool

Erinevalt laminaarse, milles naabruses osakesed liiguvad mööda praktiliselt paralleelsed, turbulentne vool vedelikuks on korrastamata iseloomuga. Kui me kasutame Lagrange lähenemisviisi trajektoore osakesed võivad meelevaldselt kattuvad ja käituda üsna ettearvamatult. Liikumine vedelike ja gaaside nendes tingimustes on alati mööduv, nende parameetrite nonstationarities võib olla väga erinevaid.

Kuna laminaarse gaasivool turbulentsusel tulu, võib jälgida näiteks wisps suitsu põleva sigareti tuulevaikuses. Esialgu osakesed liiguvad peaaegu paralleelsed muutumatuks aega. Suits näib fikseeritud. Siis mingil hetkel äkki seal on suured keerised, mis liiguvad täiesti juhuslikult. Need keerised lõhkuda väiksemateks - veel väiksemateks ja nii edasi. In the end, praktiliselt suitsu seguneb ümbritseva õhuga.

turbulentsi tsüklit

Ülaltoodud näide on õpiku ja tema tähelepanekud teadlased on teinud järgmised järeldused:

1. Laminaarne ja turbulentne vool on tõenäosuslik looduses: üleminek ühest režiimist teise ei ole täpselt õiges kohas, ja üsna meelevaldne, suvalise koha.
2. Esiteks on suur keerised, mis on suuremad kui suurus wisps suitsu. Liikumine muutub ebaühtlased ja tugevalt anisotroopne. Suur vood muutuda ebastabiilseks ja lõhkuda väiksemaid. Seega on hierarhia keerised. Energia liikumine kantakse suur väikestele ja lõpus see protsess kaob - energia hajumise toimub väikestes mastaapides.
3. Turbulentne vool on ettearvamatu: konkreetse keeris võib olla täiesti juhuslik, etteaimamatu.
4. Segamine suitsu välisõhuga ei toimu laminaarse voolu ja turbulentne - on väga intensiivne.
5. Vaatamata sellele, et piir tingimused on paigal, turbulentsi ise on väljendunud mööduvad - kõik gaasi-dünaamiline parameetrid muutuvad aja jooksul.

On veel üks oluline omadus turbulentsi: see on alati kolmemõõtmeline. Isegi kui me arvestame ühemõõtmeline voolu toru või kahemõõtmeline piirkihist veel liikumise rahutu keerised tekivad suunad kolm koordinaattelgedeks.

Reynoldsi arv: valemid

Üleminek laminaarse turbulentsi iseloomustab nn kriitiline Reynoldsi arv:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

kus ρ - tihedus oja, u - voolukiirus iseloomulik; L - voolata iseloomulik suurus, μ - koefitsient dünaamilise viskoossuse, cr - nähtud toru ringikujulise ristlõikega.

Näiteks vooluprotsessi kiirusega u torus L kasutatakse toru läbimõõt. Osborne Reynolds näitas, et antud juhul 2300 cr <20000. Levik on väga suur, peaaegu suurusjärgu võrra.

Sarnane tulemus saadi piirkihis vahvlist. Iseloomulik suurus on võetud kaugusele esiservast plaadi ja siis 3 x ¹⁰ Mai cr <4 × ¹⁰ aprillil. Kui L on defineeritud kui paksus piirkihist, 2700 cr <9000. On eksperimentaalsed uuringud, mis on näidanud, et väärtus Re _cr võib olla isegi suurem.

Mõiste kiirus häirituse

Laminaarne ja turbulentne vedelikuvoolu, ning vastavalt sellele kriitiline väärtus peab Reynoldsi arv (Re) sõltub tervest reast teguritest. Alates rõhkude kõrgus konarusi kareduse, turbulentsi tugevuse välises voolu, temperatuuride vahe jne Mugavuse mõttes täitematerjali tegureid nimetatakse häirituse kiiruse sest neil on teatud mõju voolukiirus. Kui see häire on väike, siis on võimalik arveldada viskoosne jõud, mis üritavad viia kiiruse valdkonnas. Suuremate häirete voolu võib muutuda ebastabiilseks ja turbulentsi toimub.

Arvestades, et füüsilise tähendust Reynoldsi arv - suhe inertsjõudusid ja viskoosne jõud, pahameelt voogude hõlmatud valemiga:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ x (u / L )).

Lugeja on kahekordne kiirus pea ja nimetaja - väärtus on suurusjärgus hõõrdeefekti stress, kui L on võetud paksus piiri kiht. Dünaamiline rõhk kipub tasakaalu hävitada ja hõõrdejõud selle vastu. Siiski on selge, miks jõudude inerts (või kiiruse surve) põhjustada muutusi ainult siis, kui nad on 1000 korda rohkem viskoosne jõud.

Arvutused ja fakte

Tõenäoliselt mugavamalt kasutada iseloomulik kiirus Re _CR ole absoluutne voolukiirus u ja kiiruse häirituse. Sel juhul kriitilise Reynoldsi arv on umbes 10, st kui see ületab dünaamilise rõhu häiringu viskoosse pingeid 5 korda laminaarvoolus turbulentse vedelik voolab. See määratlus Re vastavalt mõned teadlased on hästi seletada järgmiste katseliselt tõestatud fakte.

Täiuslikult ühtlase kiirusega profiili täiesti sile pind on traditsiooniliselt määratud arvu Re _cr kipub lõpmatuseni, see tähendab, üleminek tegelikult toimub turbulentsi. Siin peab Reynoldsi arv on määratud häiringu suurus kiirus alla kriitilise väärtuse, mis võrdub 10.

Kohalolekul kunstliku turbulentsi, põhjustamata tilgakese määr võrreldav põhitariif, voolu muutub turbulentne palju madalamates Reynoldsi arvude kui Re _cr, määrati absoluutväärtus kiirust. See võimaldab kasutada koefitsientide Re _cr = 10, kus iseloomulikud kiiruse absoluutväärtust Kiirusvektori häirituse põhjustatud ülaltoodud põhjustel.

Stabiilsuse Laminaartiiva voolurežiim torujuhtme

Laminaarne ja turbulentne vool on ühine kõikide vedelike ja gaaside erinevates tingimustes. Laminaarne milline on vool on haruldased ja neid iseloomustab näiteks kitsastele maa alla voolu tasandikel. Palju rohkem, see küsimus on mure teadlased kontekstis praktiliseks kasutamiseks transport torujuhtme vesi, õli, gaas ja muud vedelikud.

Q laminaarvoolus stabiilsus on tihedalt seotud uuringu häiritud liikumise peavoolust. Leiti, et see mõjutab nn väikeste häiringute. Sõltuvalt sellest, kas nad kasvavad või hajuvad aja jooksul, põhi voolu peetakse stabiilne või ebastabiilne.

Suhe kokkusurutav ja mitte suruda, vedelikud

Üks tegureid, mis mõjutavad laminaarne ja turbulentne vedeliku voolu on oma kokkusurutavus. Seda vedelikku omadus on eriti tähtis uuring stabiilsust mittestatsionaarse protsessid kiirete muutustega esmasel voolu.

Uuringud näitavad, et laminaarvoolus kokkusurumatu vedeliku torud silindrilise osa on resistentsed suhteliselt väike axisymmetric ja mitte-axisymmetric häireid ajas ja ruumis.

Hiljuti tehakse arvutused mõjust häireid axisymmetric voolutakistusega sisselaskeosaga silindrilise toru, milles põhivoolu sõltub kahe koordinaadi. Koordinaatide toru telje peetakse parameetri, mis mõjutab kiiruse profiil piki raadiust peavoos toru.

järeldus

Vaatamata sajandeid uuring, ei saa me öelda, et laminaarne ja turbulentne vool on põhjalikult uuritud. Eksperimentaalsed uuringud mikrotasandil, tõstatab uusi küsimusi, mis nõuavad põhjendatud arvutamise põhjendus. Teadusuuringute iseloomu on rakendamine ja kasutamine: maailma tuhandeid kilomeetreid vee, nafta, gaas ja toote. Mida pikem on kasutusele tehnilised lahendused vähendada turbulentsi transpordi ajal, seda tõhusam see on.