Ламинарлық және турбуленттік ағыны. сұйықтық ағынының режимдері

сұйықтықтар мен газдар ағынының қасиеттерін зерттеу өнеркәсіп және коммуналдық үшін өте маңызды болып табылады. ламинарлық және түрлі мақсаттар үшін су көлігі деңгейі, мұнай, табиғи газ құбырлары бойынша турбуленттік ағыны әсер, басқа параметрлерді әсер етеді. Бұл проблемалар ғылым гидродинамика істеу.

сыныптау

сұйықтық ағынының режимдер мен газдардың ғылыми ортада екі өте айқын сынып бөлінеді:

• Ламинарлы (Сиялы);
• турбуленттік.

Сондай-ақ, өтпелі кезеңді ажырата. және т.б., (сұйық шын мәнінде болып табылады), бұл Сығылмайтын болуы мүмкін дестесін (газ), өткізгіш ...: Айтпақшы, термин «сұйықтық» кең мағынаға ие

эпикриз

Тағы бір Менделеев 1880 жылы екі қарама-қарсы ағымдар режимінде өмір сүру идеясы білдірді. Бұл мәселе туралы қосымша мәліметтер алу үшін 1883 жылы аяқтады зерттеу британдық физик және инженер Осборн Рейнольдса танысты. қабаттар (бөлшектердің ағыны) араластыру және параллель бойымен қозғалу траекториясын дерлік емес: Біріншіден, іс жүзінде, содан кейін ол сұйық көлік төмен жылдамдықпен ламинарлық нысаны болып табылған, бұл формулаларды пайдалана отырып. Алайда, белгілі бір сыни мәні (түрлі шарттар үшін ол әр түрлі болып табылады) еңсеру кейін, атағы Рейнольдс саны сұйықтық ағынының шарттары өзгертілді: Jet ағыны ретсіз құйындық болып - яғни, турбуленттік. Анықталғанындай, бұл көрсеткіштер белгілі бір дәрежеде тән және газдар болып табылады.

Практикалық ағылшын ғалымы есептеулер мінез-құлық, мысалы, су, пішіні және ол ағады онда танк (құбырлар, арналар, капиллярлар, және т.б.), өлшемдер бойынша жоғары тәуелді екенін көрсетті. дөңгелек көлденең қимасы (мысалы, қысым құбырлар бекіту үшін қолданылады) бар құбырлар, оның Рейнольдс саны - формула сыни мемлекеттің төмендегідей сипатталады: = 2300. Re ағыны арнаны ашу үшін Рейнольдс саны болып табылады түрлі: Re тапсырыс үшін аз мәндері қайта = 900., ретсіз - ірі.

ламинарлық

ламинарлы ағыны турбулентті айырмашылығы су сипаты мен бағыты (газ) ағып шығады. Олар араластыру жоқ және пульсаций жоқ қабаттарын жылжытыңыз. Басқаша айтқанда, қозғалыс қысым бағыты мен жылдамдығы тұрақсыз секіру жоқ біркелкі орын алады.

Ламинарлық сұйықтық ағынының мысалы, тар жылы, қалыптасады қан тамырларының өте тұтқыр сұйықтық (мұнай құбырымен мазут) ток бойынша, тірі заттарды, өсімдіктер қылтамырлар мен салыстырмалы жағдайында. су араластыру жоқ, біркелкі, тыныш ағатын болады - Jet ағынын визуализация үшін сәл шүмекті ашу үшін жеткілікті болып табылады. соңына дейін түтікшесін бұрап болса, жүйе қысымы артады және ағын ретсіз болады.

турбулентті

ламинарлы айырмашылығы, Көршілес бөлшектер айтарлықтай параллель бойымен қозғалу траекториясын, онда, сұйықтықтың турбулентті реттелмеген табиғаты болып табылады. біз Лагранж тәсіл пайдалансаңыз, бөлшектердің траекториясын өз бетiнше жабатын және өте күтпеген өзін ұстай алады. Осы жағдайларда сұйықтықтар мен газдардың қозғалысы бұл көрсеткіштер nonstationarities өте кең ауқымын болуы мүмкін отырып, әрқашан өтпелі болып табылады.

турбуленттік режим жалғасуда ішіне ламинарлық газ ағыны ретінде, әлі күнге дейін ауада жанып темекі түтін мысал баллдар арқылы бақылауға болады. Бастапқыда, бөлшектер уақыт өзгеріссіз дерлік параллель жолдарын жылжытыңыз. Түтін тіркелген көрінеді. Содан кейін кейбір нүктесінде барлық кенеттен толық кездейсоқ жылжыту үлкен құйынды бар. Бұл Құйынды ұсақ бөлуге - сондықтан тіпті аз және ішіне. соңында, іс жүзінде түтін қоршаған ауамен араласады.

турбуленттілік циклдар

Жоғарыда мысал оқулық болып табылады, және оның бақылау ғалымдары мынадай қорытынды жасадық:

1. Ламинарлық және турбуленттік ағын табиғатта ықтималдық бар: бір режимге көшу дәл жерде емес, және өте еркін, кездейсоқ жерде.
2. Біріншіден, түтін пучки өлшемінен үлкенірек үлкен Құйынды бар. Қозғалыс тұрақсыз және қатты анизотропты айналады. Ірі ағындары тұрақсыз болуға және аз және аз бөлуге. Осылайша, құйынды иерархиялық бар. қозғалыс энергиясы шағын ірі берілетін, және осы процестің соңында жоғалып кетеді - шашырау энергиясын шағын ауқымда жүреді.
3. Турбулентті ретсіз: нақты құйынды мүлдем кездейсоқ, күтпеген жерде болуы мүмкін.
4. қоршаған ауамен түтін Араластыру ламинарлық астында өтеді, және турбулентті емес, - өте қарқынды болып табылады.
5. шекаралық шарттар стационарлық болғанына қарамастан, турбуленттілік өзі табиғатта айқын өтпелі бар - барлық газ-динамикалық параметрлерін ұзақ уақыт бойы өзгереді.

турбуленттілік тағы бір маңызды мүліктік бар: ол әрдайым үш өлшемді болып табылады. біз құбыр бір өлшемді ағымын немесе екі өлшемді шекаралық қабатын турбуленттік құйынды әлі қозғалыс қарастыру Тіпті егер үш координат осьтерінің бағыттары пайда.

Рейнольдс саны: формуласы

ламинарлық көшу деп аталатын сын Рейнольдс саны сипатталады турбуленттілік үшін:

_{CR Re = (ρuL / μ)} CR,

онда ρ - тығыздық ағыны, U - ағынының жылдамдығы сипаттамасы; L - ағыны тән мөлшері, М - коэффициенті динамикалық тұтқырлық, CR - дөңгелек қимасы бар түтікті арқылы.

Мысалы, құбыр L жылы жылдамдығы U бар ағынының ретінде пайдаланылады құбыр диаметрі. Осборн Рейнольдс бұл жағдайда, 2300 CR <20000 көрсетті. Спрэд, магнитудасы дерлік тәртібі өте үлкен.

Осындай нәтиже пластиналар шекаралық қабаттағы алынған. тән мөлшері мамыр сәуір CR <4 × ¹⁰ нөмірдің алдыңғы жиегінен қашықтықта ретінде алынады, содан кейін 3 × ¹⁰ болып табылады. L шекаралық қабаттағы, 2700 CR <9000 қалыңдығы ретінде анықталады болса. Қайта _CR құны одан да көп болуы мүмкін екенін көрсетті эксперименттік зерттеулер бар.

жылдамдығы наразылық тұжырымдамасы

ламинарлық және турбуленттік сұйықтық ағыны, және тиісінше, Рейнольдс саны (Re) сыни мәні факторлардың үлкен санына байланысты. қысым Градиент, ыңғайлы болу үшін және т.б. соққылар кедір, сыртқы ағынының турбуленттілігіне қарқындылығы, дифференциалдық температура, биіктігі, осы жиынтық факторлар наразылық, жылдамдығы деп аталады олар ағынының жылдамдығы белгілі бір ықпалы бар, өйткені. Бұл бұзылуы аз болса, ол жылдамдығы өріс туралау ұмтылатын тұтқыр күштер шешілуі мүмкін. ағынының үлкен наразылық тұрақсыз болуға, және турбуленттілік орын алады.

: Инерциялық күштер мен тұтқыр күштер арақатынасы, мына формула бойынша жабылған өкпе-реніш ағындарын - Рейнольдс санының физикалық мағынасы екенін ескере отырып

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (U / L )).

алымы екі рет жылдамдығы басшысы және бөлгіш болып табылады - L шекаралық қабаттың қалыңдығы ретінде қабылданады, егер мән, үйкеліс стресс тәртібін болып табылады. Динамикалық қысым балансы және жоюға ұмтылады үйкеліс күштері осы қарсы. неге Алайда, бұл түсініксіз инерция күштері олар 1000 есе көп тұтқыр күштер болғанда ғана (немесе жылдамдығы қысым) өзгерістерге әкеледі.

Есептеулер мен фактілер

Мүмкін, көп ыңғайлы тән жылдамдығы ретінде пайдаланылуы Қайта _CR емес абсолютті ағынының жылдамдығы U, және жылдамдығы наразылық бойынша. Бұл жағдайда, сыни Рейнольдс саны турбулентті ағынға 5 есе ламинарлық астам шамамен 10, яғни динамикалық қысым кедергі асатын тұтқыр кернеулер болады. Кейбір ғалымдардың айтуынша қайта Бұл анықтама-ақ мынадай эксперименттік тексерілген фактілер түсіндіріледі.

_CR шексіз ұмтылады қайта мінсіз тегіс бетінде мінсіз бірыңғай жылдамдығы профиль дәстүрлі санымен анықталады үшін, яғни, өтпелі шын мәнінде турбулентті жүреді. Мұнда Рейнольдс саны 10 тең сыни құны, төмен наразылық, жылдамдығының шамасы анықталады.

жасанды турбуленттілік қатысуымен, негізгі ставка Splash деңгейі салыстыруға тудырады, ағыны жылдамдығы абсолютті мәні анықталады Қайта _CR әлдеқайда төмен Рейнольдс _{сандар,} турбулентті болып. Бұл тән жылдамдығы Жоғарыда аталған себептер туындаған жылдамдығы наразылық абсолютті мәні болып табылады _CR = 10 Re коэффициентін, пайдалануға мүмкіндік береді.

құбыр ламинарлық режимінің тұрақтылығы

ламинарлық және турбуленттік ағыны әртүрлі жағдайларында сұйықтықтар мен газдардың барлық түрлеріне ортақ болып табылады. ағынының ламинарлық сипаты, мысалы, тар жер асты ағындары жазық, сирек және сипатталады. Әлдеқайда, бұл мәселе құбыр су, мұнай, газ және басқа да сұйықтықтарды тасымалдау үшін практикалық қолдану тұрғысында ғалымдардың алаңдаушылық туғызады.

Q ламинарлық тұрақтылық тығыз зерттеуге байланысты негізгі ағынының қозғалысын бұзылған. Ол деп аталатын шағын наразылық әсер болуы анықталды. олар өседі немесе ұзақ уақыт бойы жоғалып ма байланысты, негізгі ағыны тұрақты немесе тұрақсыз болып саналады.

дестесін емес сығылған ерітінділері үшін

ламинарлық және турбуленттік ағыны әсер ететін факторлардың бірі оның ғын болып табылады. Бұл сұйықтық меншік бастапқы тоқ жылдам өзгеруіне стационарлық емес процестердің тұрақтылығын зерттеу аса маңызды болып табылады.

Зерттеулер цилиндрлік бөлімінің құбырлар Сығылмайтын сұйықтықтың ламинарлық уақыт пен кеңістікте салыстырмалы шағын осесимметричных және емес Осесимметричных тәртіпсіздіктерге төзімді екенін көрсетеді.

Жақында, есептеулер негізгі ағымдағы екі координаттар тәуелді цилиндрлік түтіктің құятын бөлігінде Осесимметричных ағыны қарсылық бойынша тәртіпсіздік әсер жүзеге асырылады. Құбырдың үйлестіру осі негізгі ағыны құбыр радиусы бойымен жылдамдығы профилін әсер параметр ретінде саналады.

қорытынды

Зерттеу ғасырлар қарамастан, біз ламинарлық және турбуленттік ағыны мұқият зерттелген деп айта алмаймын. микро деңгейде эксперименттік зерттеулер, дәлелді есептеу негіздеме талап ететін жаңа мәселелерді көтереді. Зерттеудің табиғат қолдану және пайдалану болып табылады: су, мұнай, газ және өнімнің шақырым әлемдегі мыңдаған. тасымалдау кезінде турбуленттілік азайту үшін енгізілген техникалық шешімдер ұзақ, неғұрлым тиімді, ол болады.