Laminari u l-fluss turbolenti. reġimi fluss fluwidu

Tistudja l-proprjetajiet ta 'likwidi u gassijiet fluss hija importanti ħafna għall-industrija u l-utilitajiet pubbliċi. Il laminari u l-effett fluss turbulenti fuq ir-rata trasport bl-ilma, żejt, pajpijiet tal-gass naturali għal għanijiet differenti, jaffettwa l-parametri l-oħra. Dawn il-problemi do hydrodynamics xjenza.

klassifikazzjoni

Fl-ambjent xjentifika tar-reġimi fluss fluwidu u gassijiet huma maqsuma f'żewġ klassijiet distinti ħafna:

• laminari (inkjet);
• turbolenti.

Ukoll jiddistingwu fażi tranżitorja. Inċidentalment, it-terminu "likwidu" għandha tifsira wiesgħa: tista 'tkun inkompressibbli (likwidu attwalment hu), l-kompressibbli (gass), konduttivi, eċċ ...

storja tal-każ

Ieħor Mendeleev fl-1880 l-idea tal-eżistenza ta 'żewġ reġimi fluss opposti kienet espressa. Għal aktar dettalji dwar din il-kwistjoni eżaminata l fiżiċista Brittaniċi u inġinier Osborne Reynolds li temmew l-istudju fl-1883. L-ewwel, prattikament, u mbagħad tuża formuli jinstab li b'rata ta 'fluss baxxa ta' trasport likwidu jsir forma laminari: saffi (fluss partiċelli) hija kważi ma jitħalltux u jimxu flimkien trajettorji paralleli. Madankollu, wara jingħelbu ċertu valur kritiku (għall-kondizzjonijiet differenti huwa differenti), il-kondizzjonijiet tal-fluss likwidu titolu numru Reynolds huma mibdula: l-fluss ġett isir kaotika vortex - jiġifieri, turbolenti. Peress li rriżulta, dawn il-parametri huma sa ċertu punt inerenti u gassijiet.

kalkoli prattiċi xjentist Ingliż wera li l-imġiba ta ', eż, l-ilma, hija dipendenti ħafna fuq il-forma u d-dimensjonijiet tat-tank (pajpijiet, kanali, kapillari, eċċ), li fiha flussi. Fil-pajpijiet li jkollha sezzjoni trasversali ċirkolari (bħal użat għall-immuntar pajpijiet tal-pressjoni), in-numru Reynolds tagħha - il-formola ta 'l-istat kritiku huwa deskritt kif ġej: Re = 2300. Sabiex tiftaħ il-kanal fluss tal -għadd Reynolds hija differenti: Re = 900. Għal valuri iżgħar għall Re ikun ordnat, in ġenerali - kaotika.

fluss laminari

B'differenza turbulenti fluss laminari hija n-natura u d-direzzjoni ta 'ilma (gass) flussi. Huma jimxu-saffi mingħajr taħlit u mingħajr vibrazzjonijiet. Fi kliem ieħor, isir il-moviment uniformi mingħajr qbiż erratiku fid-direzzjoni pressjoni u l-veloċità.

fluss ta 'fluwidu laminari hija ffurmata, per eżempju, fil dojoq vini ta' affarijiet għajxien,-kapillari pjanti u taħt kondizzjonijiet komparabbli, b'kurrent ta 'likwidi viskużi ħafna (żejt tal-fjuwil permezz tal-pipeline). Ħares l-fluss bil-ġett huwa biżżejjed biex jiżvelaw vit ftit - ilma se fluss clairière, b'mod indaqs, mingħajr taħlit. Jekk ħoll il-spigot għall-aħħar, il-pressjoni tas-sistema ser titla 'u l-fluss se jsiru kaotika.

fluss turbulenti

B'differenza laminari, fejn partiċelli ġirien jimxu flimkien mogħdijiet sostanzjalment paralleli, fluss turbulenti ta 'fluwidu hi n-natura diżordnat. Jekk nużaw l-approċċ Lagrange, il trajettorji tal-partiċelli jistgħu arbitrarju jikkoinċidu u jġib ruħu pjuttost imprevedibbli. Moviment ta 'likwidi u gassijiet taħt dawn il-kondizzjonijiet huma dejjem temporanja, ma' dawn il-parametri nonstationarities jista 'jkollhom firxa wiesgħa ħafna.

Peress li l-fluss tal-gass laminari fis rikavat reġim turbolenti, jista 'jiġi mmonitorjat mill-eżempju wisps tad-duħħan ta' sigarett ħruq fil xorta arja. Inizjalment, il-partiċelli jimxu mogħdijiet kważi paralleli mhux mibdula fil-ħin. Duħħan jidher fiss. Imbagħad f'xi punt kollha f'daqqa hemm rima kbar li jimxu kompletament bl-addoċċ. Dawn vortices ikissru fis dawk iżgħar - fil saħansitra iżgħar u l-bqija. Fl-aħħar, prattikament duħħan taħlitiet bl-arja tal-madwar.

ċikli turbulenza

L-eżempju hawn fuq hija textbook, u minn osservazzjonijiet tiegħu xjentisti għamlu l-konklużjonijiet li ġejjin:

1. Laminari u l-fluss turbulenti huma probabilistika natura: it-tranżizzjoni minn mezz wieħed għall-ieħor mhuwiex eżattament fl-post it-tajjeb, u pjuttost arbitrarja, post każwali.
2. L-ewwel, hemm vortices kbar li huma akbar mid-daqs ta 'wisps ta' duħħan. Moviment isir instabbli u anisotropiċi qawwi. flussi kbar jsiru instabbli u ikissru fis iżgħar. Għalhekk, hemm ġerarkija ta barma. L-enerġija tal-moviment huwa trasferit mill kbar għall-intrapriżi żgħar, u fl-aħħar ta 'dan il-proċess tisparixxi - dissipazzjoni tal-enerġija sseħħ fi skali żgħar.
3. fluss turbulenti huwa irregolari: vortex partikolari jistgħu jkunu fi kompletament każwali, post imprevedibbli.
4. Taħlit duħħan b'arja ambjentali ma jsirx taħt fluss laminari, u b'mod turbulenti - huwa intensiv ħafna.
5. Minkejja l-fatt li l-kundizzjonijiet ta 'limitu huma stazzjonarji,-taqlib nnifisha għandha temporanja qawwija fin-natura - parametri kollha ta' gassijiet dinamiku jinbidlu maż-żmien.

Hemm proprjetà immobbli oħra importanti ta 'turbulenza: huwa dejjem tridimensjonali. Anki jekk wieħed jikkunsidra fluss dimensjonali wieħed fil-pajp jew saff tal-fruntiera ta 'żewġ dimensjonijiet xorta mozzjoni ta rima' taqlib jseħħu fid-direzzjonijiet tat-tliet jikkoordinaw assi.

Numru Reynolds:-formula

It-tranżizzjoni minn laminari li taqlib ikkaratterizzat mill-hekk imsejħa Numru Reynolds kritika:

_{Re cr = (/ μ ρuL)} cr,

fejn ρ - nixxiegħa densità, u - rata tal-fluss karatteristika; L - fluss daqs karatteristika, μ - il-koeffiċjent tal-viskożità dinamika, cr - għal b'tubu b'sezzjoni trasversali ċirkolari.

Per eżempju, għal fluss ma 'u' veloċità fil-pajp L jintuża bħala l-dijametru tal-pajp. Osborne Reynolds wera li f'dan il-każ, 2300 cr <20000. Il-firxa hija kbira ħafna, kważi ordni ta 'kobor.

Riżultat simili jinkiseb fil-saff fuq il-wejfer. Id-daqs karatteristika hija meħuda bħala d-distanza mit-tarf ta 'quddiem tal-pjanċa, u mbagħad: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ^4. Jekk l hija definita bħala l-ħxuna tas-saff tal-fruntiera, il-2700 cr <9000. Hemm studji sperimentali li wrew li l-valur _tal-cr Re jista 'jkun saħansitra akbar.

Il-kunċett ta 'perturbazzjoni veloċità

Il laminari u l-fluss ta 'fluwidu turbulenti, u għalhekk, il-valur kritiku tal-għadd Reynolds (Re) tiddependi fuq numru kbir ta' fatturi. Mill-xaqliba pressjoni, l-għoli ta 'daqqiet ħruxija, l-intensità taqlib fil-fluss estern, temperatura differenzjali, eċċ Għall-konvenjenza, dawn il-fatturi aggregati huma msejħa veloċità perturbazzjoni billi għandhom influwenza ċerta fuq ir-rata tal-fluss. Jekk dan disturb huwa żgħir, jista 'jiġi solvut forzi viskużi li jfittxu li jallinjaw mill-grawnd veloċità. Għal perturbazzjonijiet kbar tal-fluss jistgħu jsiru instabbli, u turbulenza iseħħ.

Minħabba li t-tifsira fiżika tan-numru Reynolds - il-proporzjon tal-forzi inerzjali u l-forzi viskużi, riżentiment flussi koperti bil-formola:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

In-numeratur huwa darbtejn l-kap veloċità u d-denominatur - il-valur huwa tal-ordni tal-istress frizzjonali, jekk l tittieħed bħala l-ħxuna tas-saff tal-fruntiera. pressjoni dinamika tendenza li jeqirdu l-bilanċ u forzi frizzjoni jopponu dan. Madankollu, mhuwiex ċar għaliex l-forzi ta 'inerzja (jew pressjoni veloċità) iwasslu għal bidliet biss meta jkunu 1000 darbiet forzi aktar viskużi.

Kalkoli u fatti

Probabbilment, aktar konvenjenti jintużaw bħala veloċità karatteristika Re mhux _CR assoluta fluss veloċità u, u l-inkwiet veloċità. F'dan il-każ, in-numru Reynolds kritiku se jkun ta 'madwar 10, jiġifieri meta jinqabżu l-istress viskużi dinamiku disturbi pressjoni fuq 5 darbiet il-fluss laminari ġo flussi fluwidu turbolenti. Din id-definizzjoni Re skond xi xjentisti huwa spjegat sew mill-fatti sperimentali ppruvati li ġejjin.

Għal profil veloċità perfettament uniformi fuq wiċċ perfettament lixxi huwa tradizzjonalment stabbilit bin-numru Re _cr tendenza li infinity, jiġifieri, it-tranżizzjoni fil-fatt iseħħ taqlib. Hawn in-numru Reynolds huwa determinat mill-kobor tal-veloċità inkwiet taħt il-valur kritiku, li huwa ugwali għal 10.

Fil-preżenza ta 'turbulenza artifiċjali, li jikkawżaw rata tixrid komparabbli mal-rata bażika, il-fluss isir taqlib fil aktar baxxi numri Reynolds minn _{cr Re,} determinati mill-valur assolut tal-veloċità. Dan jippermetti l-użu tal-koeffiċjent Re _cr = 10, fejn il-veloċità karatteristika huwa l-valur assolut ta 'l-inkwiet veloċità kkawżata mir-raġunijiet ta' hawn fuq.

Istabbiltà tas-sistema fluss laminari fil-pipeline

Il laminari u l-fluss turbolenti huwa komuni għat-tipi kollha ta 'likwidi u gassijiet taħt kondizzjonijiet varji. In-natura laminari tal-fluss huma rari u huma kkaratterizzati, per eżempju, għal pjanuri flussi taħt l-art dojoq. Ħafna aktar, din il-kwistjoni hija ta 'tħassib ta' xjenzjati fil-kuntest ta 'applikazzjoni prattika għat-trasport bl-ilma pajpijiet, żejt, gass u fluwidi oħra.

Q istabbiltà fluss laminari huwa relatat mill-qrib mal-istudju disturbat mozzjoni tal-fluss prinċipali. Instab li jiġu affettwati mill-hekk imsejħa perturbazzjonijiet żgħar. Skond jekk dawn jikbru jew jisparixxi maż-żmien, il-fluss bażiku huwa meqjus li jkun stabbli jew instabbli.

Għal fluwidi compressible u mhux kompressibbli

Wieħed mill-fatturi li jaffettwaw il laminari u fluss ta 'fluwidu turbulenti huwa kompressibilità tagħha. Din il-proprjetà fluwidu huwa partikolarment importanti fl-istudju tal-istabilità tas proċessi mhux stazzjonarji ma bidla mgħaġġla fil-kurrenti primarja.

Studji jindikaw li fluss laminari ta 'fluwidu inkompressibbli fit-tubi tat-taqsima ċilindrika huwa reżistenti għall axisymmetric u mhux axisymmetric disturbi relattivament żgħar fil-ħin u l-ispazju.

Riċentement, il-kalkulazzjonijiet isiru fuq l-influwenza ta 'disturbi fis-reżistenza fluss axisymmetric fil-porzjon daħla tat-tubu ċilindriku fejn l-kurrent prinċipali huwa dipendenti fuq iż-żewġ koordinati. Il tikkoordina fus tal-pajp huwa meqjus bħala l-parametru li taffettwa l-profil veloċità matul ir-raġġ tal-pajp fluss prinċipali.

konklużjoni

Minkejja sekli ta 'studju, ma nistgħux ngħidu li laminari u turbolenti fluss studjati sew. studji esperimentali fuq il-livell mikro, iqajmu kwistjonijiet ġodda li jeħtieġu ġustifikazzjoni kalkolu motivata. In-natura tar-riċerka huwa l-applikazzjoni u l-użu: eluf fid-dinja ta 'kilometri ta' ilma, żejt, gass u l-prodott. Is-soluzzjonijiet tekniċi aktar il introdotti għat-tnaqqis tat-turbulenza matul it-trasport, l-aktar effettiv se jkun.