Ламинарен и турбулентен проток. режими проток на флуиди

Проучување на својствата на течности и гасови проток е многу важно за индустрија и јавните претпријатија. На ламинарен и турбулентна ефект проток на стапката на воден транспорт, нафта, природен гас цевководи за различни цели, влијае на други параметри. Овие проблеми се науката хидродинамика.

класификација

Во научната средина на режими и гасови проток на флуиди се поделени во две многу различни класи:

• ламинарни (инк-џет);
• турбулентна.

Исто така, се прави разлика преодна фаза. Патем, терминот "течни" има широко значење: тоа може да биде некомпресибилни (течна, всушност, е), може да се компресира (гас), проводен, итн ...

историја на случајот

Друга Менделеев во 1880 година, идејата за постоење на два режими спротивното проток е изразена. За повеќе детали во врска со ова прашање испитуваат британски физичар и инженер Озборн Рејнолдс кои завршиле студии во 1883 година. Прво, практично, а потоа со формули се утврди дека на ниска стапка на проток на течност транспорт станува ламинарен форма: слоеви (проток на честички) речиси и не се меша и се движи по паралелни патеки. Сепак, по надминување на одредени критични вредност (за различни услови тоа е различно), условите на проток на течности Наслов Рејнолдс број се менува: авион проток станува хаотичен вител - односно, турбулентна. Како што се испостави, овие параметри се до некоја мера својствени и гасови.

Практичен англискиот научник пресметки покажаа дека однесувањето на, на пример, вода, во голема мера зависи од обликот и димензиите на резервоарот (цевки, канали, капилари, итн), во која што се движи. Во цевки со кружен пресек (како користат за монтирање на притисок цевки), нејзината Рејнолдс број - формулата на критична состојба е опишан како што следува: Re = 2300. Со цел да се отвори канал за проток на Рејнолдс број е различен: Re = 900. За помали вредности за Re е наредено, на големо - хаотичен.

ламинарен проток

За разлика од турбулентните ламинарен проток е природата и насоката на вода (гас) текови. Тие се движат слоеви без мешање и без пулсирања. Со други зборови, движењето се одвива рамномерно без непредвидливото скокови во насока на притисок и брзина.

Ламинарен проток на флуиди е формирана, на пример, во тесни крвните садови на живите суштества, капилари на растенијата и под слични услови, на струја од многу вискозни течности (нафта преку нафтоводот). Да се визуелизира на авион тек е доволно за да се открие малку допрете - водата ќе тече тивко, рамномерно, без мешање. Ако одвртите ја славината до крај, притисокот во системот ќе се зголеми и во тек ќе стане хаотичен.

турбулентен проток

За разлика од ламинарен, каде што соседните честички се движат по должината суштествено паралелна патеки, турбулентен проток на течност е растроено природа. Ако ние ги користиме на пристап Лагранж, траекториите на честички може да се произволно да се преклопуваат и се однесуваат сосема непредвидливо. Движење на течности и гасови под овие услови се секогаш минливи, со овие параметри nonstationarities може да имаат многу широк спектар.

Како ламинарен проток на гас во турбулентни приносите режим, може да се следи од страна на пример снопчиња од чадот од цигари гори во уште воздухот. Првично, на честички се движат речиси паралелни патеки непроменета во времето. Чад се чини фиксен. Тогаш во некој момент одеднаш постојат големи eddies кои се движат сосема случајно. Овие вртлози растури во помалите - во уште помали и така натаму. На крајот, речиси пушат меша со околниот воздух.

турбуленции циклуси

Примерот погоре е учебник, и од своите забелешки научници донесоа следните заклучоци:

1. Ламинарен и турбулентен проток се веројатна во природата: преминот од еден на владата во друга, не е точно на вистинското место и во прилично произволно, случајно локација.
2. Прво, постојат голем вртлози кои се поголеми од големината на снопчиња од чад. Движење станува нестабилен и силно анизотропски. Голем текови стане нестабилен и се растури во помали и помали. Така, постои хиерархија на eddies. Енергијата на движење се пренесува од големи до мали, и на крајот од овој процес исчезнува - дисипација на енергија се јавува во мали размери.
3. Турбулентен проток е непостојана: одреден вител може да биде во една сосема случаен, непредвидливи место.
4. Мешање чад со амбиентниот воздух не се одвиваат во ламинарен проток, и во турбулентни - е многу интензивни.
5. И покрај фактот дека границата услови се во мирување, самиот турбуленции има изразен минливи по природа - сите гас-динамички параметри се менуваат со текот на времето.

Постои уште една важна сопственост на турбуленции: секогаш е три-димензионална. Дури и ако се има предвид едно-димензионална протокот во цевката или две-димензионални граничен слој уште движење на турбулентните eddies случи во насоките на три координатните оски.

Рејнолдс број: со формулата

Преминот од ламинарен на турбуленција карактеризира со т.н. критична бројот Рејнолдс:

_{Re CR = (ρuL / μ)} CR,

каде ρ - проследувајте густина, u - стапка на проток карактеристики; L - проток карактеристика големина, μ - коефициент на динамичка вискозност, CR - за од страна на цевка со кружен напречен пресек.

На пример, за проток со брзина u во цевката L се користи како дијаметарот на цевката. Озборн Рејнолдс покажа дека во овој случај, 2300 <Одг _CR <20000. На ширењето е многу голема, речиси еден ред на големина.

Сличен резултат се добива во граничен слој на нафора. Карактеристика големина е донесена како растојание од предниот раб на плочата, а потоа 3 × ¹⁰ v CR <4 × ¹⁰ април. Ако L е дефинирана како дебелината на граничен слој, 2700 <Одг _CR <9000. Постојат експериментални истражувања кои покажале дека вредноста на Re _CR може да биде уште поголема.

Концептот на брзина ужас

На ламинарен и турбулентен проток на течности, а со тоа и критичната вредност на бројот Рејнолдс (Ре) зависи од голем број на фактори. Од градиентот на притисокот, висината на удари грубост, интензитетот турбуленции на надворешен проток, диференцијална температура итн За погодност, овие агрегат фактори се нарекуваат ужас брзина бидејќи тие имаат одредено влијание врз стапката на проток. Ако ова нарушување е мал, тоа може да се реши слатка сили кои се стремат да ги усогласат областа на брзина. За големи нарушувања на протокот може да стане нестабилен, и турбуленции се случува.

Со оглед на тоа ни значењето на бројот Рејнолдс - односот на инерцијалните сили и слатка сили, незадоволство текови опфатени со формулата:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (U / L )).

Броителот е двојно главата на брзината и именител - вредноста е од редот на триење стрес, L ако се зема како дебелината на граничен слој. Динамичен притисок се стреми да го уништи рамнотежата и силите на триење се спротивстави на тоа. Сепак, не е јасно зошто на силите на инерција (или притисок брзина) доведе до промени само кога тие се 1000 пати повеќе слатка сили.

Пресметки и факти

Веројатно, повеќе погодно да се користи како карактеристична брзина Re не _CR апсолутна брзина на течење u, и ужас на брзина. Во овој случај, критичко Рејнолдс број ќе биде околу 10, односно кога ќе се надмине динамичен нарушување притисок слатка стресови повеќе од 5 пати во тек на ламинарни турбулентен течност тече. Оваа дефиниција Одг според некои научници е добро објаснето од страна на следниве експериментално докажани факти.

За совршено униформа профилот на брзината на совршено мазна површина традиционално се определува од бројот Одг _cr се стреми кон бесконечност, што е, на транзицијата, всушност, се случува на турбуленции. Еве Рејнолдс број се определува според големината на брзината на ужас под критичната вредност, што е еднакво на 10.

Во присуство на вештачки турбуленции, предизвикувајќи стапка поздравниот споредливи со основната стапка, протокот станува турбулентна на многу пониски Рејнолдс броеви од Одг _CR, утврдени од апсолутната вредност на брзината. Ова им овозможува на употреба на коефициентот Одг _CR = 10, каде што карактеристика брзина е апсолутната вредност на ужас на брзината предизвикани од горенаведените причини.

Стабилноста на режимот на ламинарен проток во гасоводот

На ламинарен и турбулентен проток е заеднички за сите типови на течности и гасови под различни услови. природата на ламинарни на протокот се ретки и се карактеризира, на пример, за тесни подземни реки рамнини. Многу повеќе, ова прашање е предмет на интерес на научници во контекст на практичната примена за превоз со гасоводот вода, нафта, гас и други течности.

П стабилност ламинарен проток е тесно поврзана со студијата нарушени движења на главниот тек. Тоа беше резултат да биде под влијание на т.н. мали пертурбации. Во зависност од тоа дали тие растат или да исчезнат со текот на времето, основниот тек се смета за стабилна или нестабилна.

За компримира и не свиваем течности

Еден од факторите кои влијаат на ламинарен и турбулентен проток на течности е неговата способност за компресија. Оваа течност имотот е особено важно во студијата на стабилноста на нестационарни процеси со брзите промени во примарната струја.

Истражувањата покажуваат дека ламинарен проток на некомпресибилни течност во цевки од цилиндричен дел е отпорна на релативно мал axisymmetric и не-axisymmetric нарушувања во времето и просторот.

Неодамна, пресметките се вршат на влијанието на нарушувања на отпорност на axisymmetric проток во влезен дел од цилиндрична цевка каде главната струја зависи од две координати. Координатната оска на цевката се смета како параметар кој влијае на профилот на брзина по должината на радиусот на главната цевка проток.

заклучок

И покрај векови на студии, не можеме да кажеме дека ламинарен и турбулентен проток се проучи темелно. Експериментални студии на микро ниво, да отворат нови прашања се бара да биде образложена пресметка оправдување. Природата на истражување е примена и употреба: светот е илјадници километри вода, нафта, гас и производ. Колку подолго воведе технички решенија за намалување на турбуленции за време на транспортот, толку повеќе тој ќе биде.