Ламинарен и турбулентен поток. режими флуидни потоци

Изследване на свойствата на течности и газове поток е много важно за индустрията и комунални услуги. Ламинарния и турбулентен поток ефект върху скоростта на водния транспорт, нефт, природен газ, тръбопроводи за различни цели, засягат другите параметри. Тези проблеми правят наука хидродинамика.

класификация

В научната среда на режими и газове флуидния поток се разделя на две много различни класове:

• ламинарен (мастиленоструен);
• бурен.

Също така се прави разлика преходен етап. Между другото, терминът "течност" има широк смисъл: тя може да бъде несвиваем (течност всъщност е), стягащ (газ), проводящи и др ...

история на заболяването

Друг Менделеев през 1880 г. идеята за съществуването на две противоположни режими на потока беше изразено. За повече информация по този въпрос разгледа британски физик и инженер Осбърн Рейнолдс, които са завършили проучването през 1883 година. Първо, на практика, и след това с формули се установи, че при ниска скорост на потока на течност транспорт става ламинарен форма: слоеве (поток частици) почти не се смесват и се движи по паралелни пътеки. Въпреки това, след преодоляване на определена критична стойност (за различни условия е различно), условията на протичане на течността от заглавието число на Рейнолдс се променят: струйния поток става хаотично вихър - т.е. турбулентен. Както се оказа, тези параметри са до известна степен, присъщи и газове.

Практически английски учен изчисления показват, че поведението на, например, вода, е силно зависима от формата и размерите на резервоара (тръби, канали, капиляри и т.н.), в която протича. При тръби с кръгло напречно сечение (като се използва за монтиране на тръбите налягане), неговата число на Рейнолдс - формулата на критичното състояние е описан, както следва: Re = 2300. За да се отвори канал на потока на броя на Рейнолдс е различен: Re = 900. За по-малки стойности за Re е наредено, като цяло - хаотична.

ламинарен поток

За разлика турбулентен ламинарен поток е естеството и посоката на вода (газ) потоци. Те се движат слоеве без да се смесват и без пулсации. С други думи, движението се извършва равномерно, без хаотични скокове в посоката на налягането и скоростта.

Ламинарен поток течност се образува, например, в тесни кръвоносните съдове на живи същества, капилярите растенията и при сравними условия, в поток от много вискозни течности (течно гориво през тръбопровода). За да се визуализира струя поток е достатъчен, за да разкрие малко кран - вода ще тече спокойно, равномерно, без да се смесват. Ако развийте кранчето до края, налягането в системата ще се увеличи и потока ще стане хаотичен.

турбулентен поток

За разлика от ламинарен, където съседните частици се движат по същество паралелни пътеки, турбулентен поток на флуида, е нарушен природата. Ако използваме подхода на Лагранж, траекториите на частиците могат произволно да се припокриват и се държат доста непредсказуемо. Движение на течности и газове при тези условия са винаги преходни, с тези параметри nonstationarities могат да имат много широк диапазон.

Както поток ламинарен газ в турбулентни постъпления режим, може да се наблюдава от примерните кичури на дим от горящата цигара при безветрие. Първоначално, частиците се движат почти паралелни пътеки непроменени във времето. Дим изглежда решен. След това в някакъв момент изведнъж има големи водовъртежи, които се движат напълно случаен принцип. Тези вихри разделят на по-малки - в още по-малка и така нататък. В крайна сметка, почти дим се смесва с околния въздух.

турбулентността цикли

Горният пример е учебник, и от наблюденията си учените са направили следните изводи:

1. Ламинарен и турбулентен поток са вероятностни в природата: преходът от един режим към друг не е в точно на правилното място и в доста произволно, произволно място.
2. Първо, това са големи вихри, които са по-големи от размера на струйки дим. Движението става нестабилна и силно анизотропна. Големи потоци стават нестабилни и се разпадат на по-малки и по-малки. По този начин, има йерархия на водовъртежи. Енергията на движение се прехвърля от голям, за да малък, и в края на този процес изчезва - разсейване на енергията се случва в малки мащаби.
3. Турбулентен поток е непостоянно: конкретен вихър може да бъде в напълно случаен принцип, непредсказуемо място.
4. Смесване дим с атмосферния въздух не се извършва под ламинарен поток, и турбулентен - е много интензивно.
5. Въпреки факта, че граничните условия са неподвижни, самата сътресения има силен преходен характер - всички газови динамичен параметри се променят с времето.

Има и друг важен собственост на турбуленция: тя винаги е триизмерна. Дори ако вземем предвид едномерна поток в тръбата двумерен граничния слой все още движение на бурните вихри се случи в направленията на трите координатни оси.

Число на Рейнолдс: формула

Преходът от ламинарен на турбулентност характеризира с така наречената критична числото на Рейнолдс:

_{Re CR = (ρuL / μ)} CR,

където ρ - поток плътност, U - дебит характеристика; L - поток характерен размер, μ - коефициентът на динамичен вискозитет, кр - за от тръба с кръгло напречно сечение.

Например, за поток със скорост ф в тръба L се използва като диаметъра на тръбата. Осбърн Рейнолдс показа, че в този случай, 2300 кр <20000. Спредът е много голяма, почти един порядък.

Подобен резултат се получава в граничния слой върху подложката. Характерните размер се приема като разстоянието от предния край на плочата, и след това 3 х ¹⁰ май кр <4 х ¹⁰ април. Ако L е дефиниран като дебелината на граничния слой, на 2700 кр <9,000. Има експериментални изследвания, които показват, че стойността на Re _кр може да бъде дори по-голяма.

Концепцията за скорост смущение

Ламинарния и турбулентен поток течност и съответно критичната стойност на числото на Рейнолдс (Re) зависи от голям брой фактори. От градиента на налягане, височината на неравности грапавост, интензитет турбуленция във външния поток, диференциална температура и т.н. За удобство, тези съвкупните фактори се наричат смущение скорост тъй като те имат известно влияние върху скоростта на потока. Ако това нарушение е малка, тя може да бъде разрешен вискозни сили, които искат да се приведе в съответствие полето за скорост. За по-големи сътресения на потока могат да станат нестабилни, както и нестабилността се случи.

Като се има предвид, че физическата значението на числото на Рейнолдс - съотношението на инерционните сили и сгъстени сили, яд потоци покрити с формулата:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ х (U / L )).

Числителят е два пъти главата на скорост и знаменателят - стойността е от порядъка на триене стрес, ако L е взета като дебелината на граничния слой. Динамично налягане има тенденция да се унищожи баланса и силите на триене се противопоставят на това. Въпреки това, не е ясно защо силите на инерцията (или налягане скорост) да доведат до промени само когато те са 1000 пъти по-вискозни сили.

Изчисления и факти

Вероятно, по-удобно да се използва като характерна скорост Re не _CR абсолютната скорост на потока ф и смущаването на скорост. В този случай, критичен брой на Рейнолдс ще бъде около 10, т.е. при превишаване на динамичен смущения налягане вискозни напрежения над 5 пъти поток ламинарен в турбулентен флуидни потоци. Това определение Re според някои учени е добре обяснено от следните експериментално доказани факти.

За перфектно равномерен профил скорост на идеално гладка повърхност традиционно се определя от броя Re _кр клони към безкрайност, което означава, че преходът всъщност се случва да турбулентност. Тук номерът на Рейнолдс се определя от величината на скоростта на смущение под критичната стойност, която е равна на 10.

В присъствието на изкуствен турбулентност, което води до скорост на разпръскване сравнима с основния процент, на потока става турбулентни при много по-ниски Рейнолдс номера от Re _кр, определени от абсолютната стойност на скоростта. Това позволява използването на коефициента Re _CR = 10, където скоростта характеристика е абсолютната стойност на смущението на скоростта, причинени от по-горе причини.

Стабилност на режима за ламинарен поток в тръбопровода

Ламинарния и турбулентен поток е обща за всички видове течности и газове при различни условия. природа ламинарен на потока са редки и се характеризира, например, за тесни подземни потоци равнини. Много повече, този въпрос е от значение за учените в контекста на практическо приложение за транспортиране по тръбопроводи вода, нефт, газ и други течности.

Q стабилност ламинарен поток е тясно свързана с изследването нарушен движението на основния поток. Установено е, че са засегнати от така наречените малки сътресения. В зависимост от това дали те растат или да изчезне с течение на времето, основният поток се смята за стабилна или нестабилна.

За свиваеми и не свиваеми флуиди

Един от факторите, които влияят на ламинарен и турбулентен поток течност е неговата способност за таблетиране. Тази течност свойство е от особено значение в изследването на стабилността на нестационарни процеси с бърза промяна на първичния ток.

Проучванията показват, че ламинарен поток на несвиваем флуид в тръбите на цилиндричната част е устойчив на относително малки ротационно-симетрични и не-ротационно-симетрични смущения във времето и пространството.

Наскоро изчисления са извършени върху влиянието на смущения на устойчивостта на ротационно-симетрични поток във входната част на цилиндричната тръба където основният ток зависи от двете координати. В координатна ос на тръбата се счита като параметър, който влияе върху профила на скорост по радиуса на основната тръба на потока.

заключение

Въпреки векове на обучение, ние не можем да кажем, че ламинарен и турбулентен поток е напълно проучен. Експериментални изследвания върху микро ниво, повдигат нови въпроси, изискващи обосновано изчисление оправдание. Естеството на научните изследвания е прилагането и използването: в света на хиляди километри по вода, нефт, газ и продукт. Най-вече въведените технически решения за намаляване на турбуленция по време на транспорт, толкова по-ефективно ще бъде.