Laminar en roerige trochstreaming. fluid flow regimes

De stúdzje fan de eigenskippen fan floeistoffen en gassen streaming is hiel wichtich foar de yndustry en iepenbiere nutsfoarsjennings. De laminar en rûzige flow effekt op it wetter ferfier taryf, oalje, natuerlike gas liedingen foar ferskate doelen, beynfloedet de oare parameters. Dy problemen dogge wittenskip hydrodynamics.

klassifikaasje

Yn de wittenskiplike omjouwing fan floeiber floed regimes en gassen wurde ferdield yn twa hiel ûnderskieden klassen:

• laminar (inkjet);
• roerige.

Ek ûnderskiede transysjoneel poadium. Trouwens, de term "floeiber" hat in brede betsjutting: it kin wêze incompressible (floeibere eins is), in compressible (gas), conductive, etc ...

case skiednis

In oare Mendeleev yn 1880, it idee fan it bestean fan twa tsjinoer flow regimes waard utere. Foar mear details op dizze dei ûndersocht de Britsk natuer- en yngenieur Osborne Reynolds, dy't klear de stúdzje yn 1883. Earst, bijna, en dan mei help fan formules wurdt it fûn dat der op in leech stream persintaazje fan floeibere ferfier wurdt laminar form: lagen (dieltsje flow) wurdt hast net mix en bewege lâns parallelle paden. Lykwols, neidat oerwinnen in beskate kritysk wearde (foar ferskillende omstannichheden is it oars), de titel Reynolds nûmer liquid flow betingsten binne feroare: de jet stream wurdt gaoatyske vortex - i.e., rûzige. Sa die bliken út, dizze parameters binne ta in hichte ynherinte en gassen.

Praktyske Ingelsk wittenskipper berekkenings die bliken dat it gedrach fan, bgl, wetter, is tige ôfhinklik fan de foarm en de ôfmjittings fan 'e tank (liedings, kanalen, capillaries, ensfh), wêryn it streamt. Yn pipen it hawwen fan in sirkulêre dwerstrochsneed (sokke brûkt foar mounting druk piping), syn Reynolds nûmer - de formule fan de krityske steat wurdt beskreaun as folget: Re = 2300. Om te iepenjen it streamkanaal fan de Reynolds getal is oars: Re = 900. Foar lytsere wearden foar Re oardere, at grut - gaoatysk.

laminar flow

Oars as in laminar streaming turbulinte is de natuer en de rjochting fan wetter (gas) streamt. Se bewege de lagen sûnder mingen en sûnder pulsations. Mei oare wurden, de beweging fynt plak uniformly sûnder erratic sprongen yn 'e druk rjochting en snelheid.

Laminar floeiber flow wurdt foarme, bygelyks, in smel bloedfetten fan libjende dingen, de planten capillaries en ûnder ferlykbere omstannichheden, op in stroom fan hiel taaie floeistoffen (brandstof oalje troch de lieding). Om sichtber de jet streaming is genôch te tsjûgje fan in lytse tap - wetter sil streame stil, gelijkmatig, sûnder mingen. As unscrew de spigot oan 'e ein, it systeem druk sil ferrize en de stream sil wurde gaoatysk.

roerige flow

Oars as in laminar, wêrby't oanbuorjende dieltsjes bewege tegearre substansjeel parallelle paden, in turbulinte stream fan floeistof is ûntregele natuer. As wy brûke de Lagrange oanpak, de trajectories fan de dieltsjes kinne willekeurich oerlaapje en droegen hiel unpredictably. Ferkear fan floeistoffen en gassen ûnder dizze betingsten binne altyd oergeande, mei dizze parameters nonstationarities kinne ha in hiel breed berik.

As it laminar gas flow yn rûzige bewâld útgiet, kin folge wurde troch it foarbyld sompen fan 'e reek fan in baarnende sigaret yn noch loft. Yn it earstoan, de dieltsjes bewege hast parallel paden net feroare yn de tiid. Reek liket fêst. Dan op in stuit alles fan ynienen binne der grutte Eddies dy't bewege hielendal willekeurich. Dy vortices brek yn lytsere ones - yn noch lytsere ensafuorthinne. Yn 'e ein, goed as smoke mixes mei de omlizzende lucht.

turbulence cycles

It boppesteande foarbyld is in hânboek, en fan syn waarnimmingen wittenskippers hawwe makke de folgjende konklúzjes:

1. Laminar en roerige trochstreaming binne probabilistic yn de natoer: de oergong fan de iene modus nei in oar is net yn presys it goede plak, en yn in frij willekeurige, samar lokaasje.
2. Earst binne der grutte vortices dy't grutter is as de grutte fan sompen fan 'e reek. Beweging wurdt ôfwaaid en sterk anisotropic. Grutte streamings wurde instabiel en brek yn lytsere en lytser. Sa is der in rangoarder fan Eddies. De enerzjy fan 'e beweging wurdt oerdroegen fan grut oant lyts, en oan' e ein fan dit proses ferdwynt - enerzjy fersiljen plakfynt by lytse skobben.
3. Roerige streaming is erratic: in bepaalde vortex kin wêze yn in folslein willekeurich, ûnfoarsisber plak.
4. It mingen reek mei ambient loft net plakfine ûnder laminar trochstreaming, en yn turbulinte - is tige yntinsyf.
5. Nettsjinsteande it feit dat de grins betingsten binne Stationary, de turbulence sels hat in útsprutsen oergeande yn de natoer - alle gas-dynamyske parameters feroarje oer de tiid.

Der is in oare wichtige eigendom fan turbulence: it is altyd trijediminsjonaal. Ek as wy beskôgje iendiminsjonaal trochstreaming yn de piip of twadiminsjonale grins laach noch moasje fan rûzige Eddies komme foar yn de rjochtingen fan de trije koördinearje bilen.

Reynolds number: de formule

De oergong fan laminar te Turbulence karakterisearre troch de saneamde kritysk Reynolds number:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

dêr't ρ - Befolkingstichtens stream, u - flow rate kenmerk; L - flow karakteristike grutte, μ - de Koëffisjint fan dynamyske viscosity, cr - want troch in buis mei in rûne dwerstrochsneed.

Bygelyks, foar in streaming mei Velocity u yn de piip L wurdt brûkt as de piip diameter. Osborne Reynolds toande dat yn dit gefal, 2300 cr <20000. De fersprieding is hiel grut, hast in folchoarder fan grutte.

In selde resultaat wurdt ferkrigen yn 'e grins laach op it wafer. De karakteristike grutte wurdt nommen as de ôfstân fan 'e foarside râne fan' e plaat, en dan 3 × ¹⁰ maaie cr <4 × ¹⁰ april. As L is definiearre as de dikte fan 'e grins laach, de 2700 cr <9000. Der binne eksperimintele ûndersiken dy't hawwe sjen litten dat de wearde fan Re _cr kin noch grutter.

It begryp snelheid perturbation

De laminar en rûzige vloeistof floed, en kin sadwaande, it kritysk wearde fan de Reynolds number (Re) hinget op in grut tal faktoaren. Ut de druk gradient, de hichte fan 'e bulten ruwheid, turbulence yntinsiteit yn' e eksterne stream, differinsjaaloperator temperatuer, ensfh Foar gemak, dy aggregate faktoaren wurde neamd perturbation Velocity sûnt se hawwe in beskate ynfloed op it flow rate. As dizze fersteuring is lyts, dat kin festigen taaie troepen sykjend om align de snelheid fjild. Foar grutte perturbations fan de streaming kin wurden ynstabyl, en turbulence optreedt.

Jûn dat de fysike betsjutting fan it Reynolds nûmer - de ferhâlding fan inertial krêften en taaie krêften, wrok streamt bedutsen troch de formule:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

De numerator is twa kear de snelheid kop en de neamer - de wearde fan 'e folchoarder fan' e frictional stress, as L wurdt nommen as de dikte fan 'e grins laach. Dynamyske druk benaderjen liedt to fordylgjen de balâns en de wriuwing krêften fersette dit. It is lykwols net dúdlik wêrom't de troepen fan inertia (of Velocity druk) liede ta feroaringen allinnich as se binne 1000 kear mear taaie troepen.

Berekkeningen en feiten

Nei alle gedachten, mear gemak brûkt wurde as in karakteristyk snelheid Re _cr net absolute trochstreaming Velocity u, en de snelheid perturbation. Yn dit gefal, it kritysk Reynolds nûmer sil likernôch 10, i.e. doe't heechst de dynamyske druk fersteuring taaie stress te mear as 5 kear de laminar flow yn in turbulinte floeistof streamt. Dizze definysje Re neffens guon wittenskippers is goed te ferklearjen troch it neikommende bearjendewei bewezen feiten.

Foar in folslein unifoarme Velocity profyl op in folslein glêde oerflak wurdt tradisjoneel bepaald troch it oantal Re _cr oanstriid oant yn it ûneinige, dat is, de oergong echt komt te Turbulence. Hjir de Reynolds nûmer wurdt bepaald troch de omfang fan 'e perturbation Velocity ûnder de krityske wearde, dat is gelyk oan 10.

Yn it bywêzen fan 'e keunstmjittige turbulence, wêrtroch plons taryf te fergelykjen mei it basistaryf, de stream wurdt rûzige op folle legere Reynolds nûmers as Re _cr, bepaald út de absolute wearde fan de snelheid. Dit kinne it brûken fan de Koëffisjint Re _cr = 10, dêr't de karakteristike Velocity is de absolute wearde fan de snelheid perturbation feroarsake troch boppesteande redenen.

Stabiliteit fan it laminar flow regeling wêrby't de mooglikheden

De laminar en rûzige streaming is mienskiplik foar alle soarten fan floeistoffen en gassen ûnder ferskate betingsten. De laminar natuer fan de streaming binne seldsum en wurde skaaimerke, bygelyks, foar smelle ûndergrûnske streamen flakten. Folle mear, dy dei is de soarch fan wittenskippers yn 'e kontekst fan praktyske tapassing foar ferfier troch lieding wetter, oalje, gas en oare Fluids.

Q laminar flow stabiliteit is nau besibbe oan 'e stúdzje steurd beweging fan de wichtichste streaming. It waard fûn wurde beynfloede troch de saneamde lytse perturbations. Ôfhinklik fan oft se groeie of fade wei oer de tiid, de Basic stream wurdt beskôge as stabyl of ynstabyl.

Foar compressible en net compressible Fluids

Ien fan de faktoaren dy't de laminar en rûzige floeistof streaming is syn compressibility. Dit floeiber eigendom is foaral fan belang yn de stúdzje fan de stabiliteit fan net-stasjonêre prosessen mei flugge feroarings yn de primêre aktive.

Stúdzjes jouwe oan dat laminar flow fan in incompressible floeistof yn de buizen fan de silindryske diel is bestand tsjin relatyf lytse axisymmetric en net-axisymmetric fersteuringen yn tiid en romte.

Okkerdeis, berekkeningen binne útfierd op 'e ynfloed fan steurings op' e axisymmetric flow ferset yn 'e ynham diel fan it silindryske buis dêr't de wichtichste stroom is ôfhinklik fan de twa koördinaten. It koördinearjen as fan de piip wurdt beskôge as de parameter dy't ynfloed op de snelheid profyl lâns de striel fan de wichtichste streaming piip.

konklúzje

Nettsjinsteande ieuwen fan stúdzje, kinne wy net sizze dat laminar en rûzige stream wurdt yngeand bestudearre. Eksperimintele stúdzjes op mikronivo, ferheegjen nije saken needsaaklik in motivearre berekkening ferantwurding. De aard fan ûndersyk is de applikaasje en gebrûk: de wrâld fan tûzenen kilometers fan wetter, oalje, gas en produkt. Hoe langer it yntrodusearre technyske oplossings foar reduksje fan turbulence tidens ferfier, it effektiver it sil wêze.