Laminêre en turbulente vloei. vloeistof vloei regimes

Die bestudering van die eienskappe van vloeistowwe en gasse vloei is baie belangrik vir die bedryf en die openbare sektor. Die laminêre en turbulente vloei effek op die water vervoer koers, olie, natuurlike gas pyplyne vir verskillende doeleindes, raak die ander parameters. Hierdie probleme te doen wetenskap hidrodinamika.

klassifikasie

In die wetenskaplike omgewing van vloeistof vloei regimes en gasse is verdeel in twee baie duidelike klasse:

• laminêre (inkjet);
• onstuimige.

onderskei ook oorgangsfase. Terloops, die term "vloeistof" het 'n wye betekenis: dit kan onsamedrukbare wees (vloeistof eintlik is), 'n samedrukbare (gas), geleidende, ens ...

geval geskiedenis

Nog 'n Mendeleev in 1880, die idee van die bestaan van twee teenoorgestelde vloei regimes is uitgespreek. Vir meer besonderhede oor hierdie kwessie ondersoek die Britse fisikus en ingenieur Osborne Reynolds wat die studie in 1883 voltooi. In die eerste plek prakties, en dan met behulp van formules daar bevind word dat 'n lae vloeitempo van vloeistof vervoer word laminêre vorm: lae (deeltjie vloei) is byna nie meng en beweeg parallel paaie. Maar na die oorwinning van 'n sekere kritiese waarde (vir verskillende toestande is dit anders), die titel Reynoldsgetal vloeistof vloei toestande verander: die jet vloei word chaotiese draaikolk - dit wil sê, woelige. Soos dit blyk, is hierdie parameters is tot 'n mate inherent en gasse.

Praktiese Engelse wetenskaplike berekeninge het getoon dat die gedrag van, bv water, is baie afhanklik van die vorm en dimensies van die tenk (pype, kanale, kapillêre, ens), waarin dit vloei. - in pype met 'n omsendbrief deursnit (soos gebruik vir toenemende druk pype), sy Reynoldsgetal die formule van die kritieke toestand Re = 2300. Ten einde die vloei kanaal van oop: word soos volg beskryf die Reynoldsgetal is anders: Re = 900. Vir kleiner waardes vir Re bestel word, op vrye voet - chaoties.

laminêre vloei

In teenstelling met 'n laminêre vloei turbulent is die aard en rigting van water (gas) vloei. Hulle beweeg die lae sonder vermenging en sonder pulsasies. Met ander woorde, die beweging plaasvind eenvormig sonder wisselvallige spronge in die druk rigting en spoed.

Laminêre vloeistof vloei is gevorm, byvoorbeeld, in smal bloedvate van lewende dinge, die plante kapillêre en onder vergelykbare omstandighede, by 'n stroom van baie taai vloeistof (olie deur die pypleiding). Om die jet vloei visualiseer voldoende is om 'n bietjie tap openbaar - water sal rustig vloei, eweredig, sonder meng. As skroef die zwikje aan die einde, sal die stelsel druk styg en die vloei sal chaoties raak.

turbulente vloei

In teenstelling met 'n laminêre, waarin naburige deeltjies beweeg aansienlik parallel paaie, 'n onstuimige vloei van vloeistof is versteurd natuur. As ons die Lagrange benadering gebruik, kan die bane van die deeltjies arbitrêr oorvleuel en tree heeltemal onvoorspelbaar. Beweging van vloeistowwe en gasse onder hierdie toestande is altyd verbygaande, met hierdie parameters nonstationarities 'n baie wye verskeidenheid kan hê.

As die laminêre gas vloei in onstuimige regime opbrengs, kan gemonitor word deur die voorbeeld flintertjes rook van 'n brandende sigaret in stil lug. Aanvanklik het die deeltjies beweeg byna parallel paaie onveranderd in tyd. Rook lyk vasgestel. Dan op 'n stadium al van 'n skielike daar is groot krulle wat heeltemal lukraak beweeg. Hierdie beweeg breek in kleiner - in nog kleiner en so aan. Op die ou end, feitlik rook meng met die omliggende lug.

onstuimigheid siklusse

Die voorbeeld hierbo is 'n handboek, en uit sy waarnemings wetenskaplikes die volgende gevolgtrekkings gemaak:

1. Laminêre en turbulente vloei is probabilistiese in die natuur: die oorgang van een modus na 'n ander is nie in presies die regte plek, en in 'n redelik arbitrêre, ewekansige plek.
2. In die eerste plek is daar 'n groot beweeg wat groter is as die grootte van flintertjes rook is. Beweging raak onvas en sterk anisotrope. Groot vloei raak onstabiel en breek in kleiner en kleiner. So, daar is 'n hiërargie van krulle. Die energie van beweging word van groot tot klein, en aan die einde van hierdie proses verdwyn - energie losbandigheid voorkom by klein skubbe.
3. Turbulente vloei is wisselvallig: 'n bepaalde draaikolk kan wees in 'n heeltemal random, onvoorspelbare plek.
4. Meng rook met lug nie plek onder laminêre vloei te neem, en in onstuimige - is baie intensief.
5. Ten spyte van die feit dat die randvoorwaardes is stilstaande, die onstuimigheid self het 'n uitgesproke verbygaande van aard - al gas-dinamiese parameters verander met verloop van tyd.

Daar is nog 'n belangrike eienskap van onstuimigheid: dit is altyd drie-dimensioneel. Selfs as ons kyk na een-dimensionele vloei in die pyp of twee-dimensionele grenslaag nog mosie van onstuimige krulle voorkom in die rigtings van die drie koördinaatasse.

Reynoldsgetal: die formule

Die oorgang van laminêre om onstuimigheid gekenmerk deur die sogenaamde kritieke Reynoldsgetal:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

waar ρ - digtheid stroom, u - vloeitempo eienskap; L - vloei eienskap grootte, μ - die koëffisiënt van dinamiese viskositeit, cr - deur 'n buis met 'n omsendbrief deursnit.

Byvoorbeeld, vir 'n vloei met snelheid u in die pyp L word gebruik as die pyp deursnee. Osborne Reynolds het getoon dat in hierdie geval, 2300 cr <20000. Die verspreiding is baie groot, byna 'n orde van grootte.

'N Soortgelyke verskynsel plaasvind in die grenslaag oor die wafer. Die kenmerkende grootte geneem as die afstand vanaf die voorkant van die bord, en dan: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ^4. As L word gedefinieer as die dikte van die grenslaag, die 2700 cr <9000. Daar is eksperimentele studies wat getoon het dat die waarde van Re _cr selfs groter kan wees.

Die konsep van snelheid storing

Die laminêre en turbulente vloeistof vloei, en daarvolgens, die kritieke waarde van die Reynoldsgetal (Re) is afhanklik van 'n groot aantal faktore. Van die drukgradiënt, die hoogte van knoppe ruheid, onstuimigheid intensiteit in die eksterne vloei, differensiële temperatuur, ens Vir gerief, is hierdie totaal faktore storing snelheid genoem want hulle het 'n bepaalde invloed op die vloeitempo. As hierdie versteuring is 'n klein, kan dit vereffen viskeuse kragte op soek na die veld snelheid in lyn te bring. Vir 'n groot versteurings van die vloei kan onstabiel raak, en onstuimigheid plaasvind.

Gegee dat die fisiese betekenis van die Reynoldsgetal - die verhouding van traagheid kragte en viskeuse kragte, wrok vloei gedek deur die formule:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (o / L )).

Die teller is twee keer die snelheid kop en die deler - die waarde is van die einde van die wrywingskrag stres, as L as die dikte van die grenslaag geneem. Dinamiese druk is geneig om te vernietig die balans en wrywingskragte hierdie teenstaan. Dit is egter onduidelik waarom die magte van traagheid (of snelheid druk) lei tot veranderinge slegs wanneer hulle 1000 keer meer viskeuse kragte.

Berekeninge en feite

Waarskynlik, meer gerieflik gebruik word as 'n kenmerk spoed Re _CR nie absolute vloeisnelheid u, en die snelheid storing. In hierdie geval, sal die kritieke Reynoldsgetal wees oor 10, dit wil sê wanneer meer as die dinamiese druk versteuring viskeuse spannings oor 5 keer die laminêre vloei in 'n onstuimige vloeistof vloei. Hierdie definisie Re volgens sommige wetenskaplikes is goed verduidelik deur die volgende eksperimenteel bewys feite.

Vir 'n perfek uniform snelheidsprofiel op 'n perfek gladde oppervlak is tradisioneel bepaal deur die aantal Re _cr streef na oneindig, dit wil sê, die oorgang eintlik kom om turbulensie. Hier is die Reynoldsgetal word bepaal deur die grootte van die storing snelheid onder die kritieke waarde, wat gelykstaande is aan 10 is.

In die teenwoordigheid van kunsmatige onstuimigheid veroorsaak spat koers vergelykbaar met die basiese tarief, die vloei word onstuimige teen 'n baie laer Reynoldsgetalle as Re _CR, wat van die absolute waarde van die spoed. Dit laat die gebruik van die koëffisiënt Re _cr = 10, waar die kenmerkende snelheid is die absolute waarde van die snelheid storing veroorsaak word deur die bogenoemde redes.

Stabiliteit van die laminêre vloei regime in die pyplyn

Die laminêre en turbulente vloei is algemeen om alle vorme van vloeistowwe en gasse onder verskillende omstandighede. Die laminêre aard van die vloei is skaars en word gekenmerk, byvoorbeeld, vir nou ondergrondse strome vlaktes. Veel meer, hierdie kwessie is van kommer van wetenskaplikes in die konteks van praktiese toepassing vir vervoer deur pyplyn water, olie, gas en ander vloeistowwe.

Q laminêre vloei stabiliteit is nou verwant aan die studie versteur beweging van die belangrikste vloei. Daar is bevind word beïnvloed deur die sogenaamde klein versteurings. Afhangende van of hulle groei of verdwyn met verloop van tyd, is die basiese vloei beskou stabiele of onstabiele te wees.

Vir samedrukbare en nie saampersbare vloeistof

Een van die faktore wat die laminêre en turbulente vloeistof vloei is sy saampersbaarheid. Hierdie vloeistof eiendom is veral belangrik in die studie van die stabiliteit van nie-stasionêre prosesse met 'n vinnige verandering in die primêre stroom.

Studies dui daarop dat laminêre vloei van 'n onsamedrukbare vloeistof in die buise van die silindriese gedeelte is bestand teen relatief klein axisymmetric en nie-axisymmetric versteurings in tyd en ruimte.

Onlangs, is berekeninge uitgevoer op die invloed van versteurings op die axisymmetric vloei weerstand in die inlaat gedeelte van die silindriese buis waar die belangrikste huidige is afhanklik van die twee koördinate. Die koördineer as van die pyp word beskou as die parameter wat die snelheidsprofiel langs die radius van die belangrikste vloei pyp raak.

gevolgtrekking

Ten spyte van eeue van studie, kan ons nie sê dat laminêre en turbulente vloei deeglik bestudeer word. Eksperimentele studies oor die mikro-vlak, in te samel nuwe kwessies wat 'n beredeneerde berekening regverdiging. Die aard van navorsing is die toepassing en gebruik: die wêreld se duisende kilometer van water, olie, gas en produk. Hoe langer die bekendgestel tegniese oplossings vir die vermindering van turbulensie tydens vervoer, die meer doeltreffende dit sal wees.