Laminar an turbulenten Flux. Flesseggassystem Flux Régime

Ënnersicht d'Eegeschafte vu Flëssegkeeten a Gaser Flux ass ganz wichteg fir d'Industrie an ëffentlechen Etablissementer. D'laminar an turbulenten Flux Effekt op d'Waasser Transport Tarif, Ueleg, Äerdgas aneren fir verschidden Zwecker, betreffen déi aner Parameteren. Dës Problemer do Wëssenschaft hydrodynamics.

Klassifikatioun

An der wëssenschaftlecher Ëmwelt vun Flesseggassystem Flux Regimer a Gas sinn an zwou ganz verschidde Klassen opgedeelt:

• laminar (Tëntendrockpabeier);
• turbulenten.

Och Iwwergangs Etapp z'ënnerscheeden. Iwwregens, huet de Begrëff "flësseg" eng grouss Bedeitung: et incompressible kann (flësseg eigentlech ass), engem compressible (Gas), schwetzen, etc ...

Fall Geschicht

Aner Mendeleev an 1880 huet sech d'Iddi vun der Existenz vun zwee Géigendeel Flux Régime ausgedréckt. Fir méi Detailer iwwert dëst Thema iwwerpréift der britescher Physiker an Ingenieur Osborne Reynolds déi de Studium an 1883 ofgeschloss. Éischt, praktesch, an dann Formelen benotzt et fonnt gëtt, datt laminar Form bei engem niddregen Taux Flux vun Flëssegket gëtt Transport: Schichten (ëm Flux) ass Mix a plënneren bal net laanscht parallel Weeër. Mä no engem gewësse kritesch Wäert bezwéngen (fir verschidde Konditiounen et verschidden), sinn den Titel Reynolds Zuel Flëssegket Flux Konditiounen geännert: d'Jet Flux gëtt Unificatioun vortex - i.e., turbulenten. Wéi et war eraus, sinn dës Parameteren a gewesser Mooss Onfruchtbarkeet an Gasen.

Praktesch Englesch Wëssenschaftler Berechnungen zougedréckt datt d'Behuele vun, e.g., Waasser, ass ganz ofhängeg vun der Form an Dimensioune vun der Tank (ëmgeluecht, Kanäl, capillaries, asw), an deenen et leeft. An geannert mussen eng kreesfërmeg Kräiz Sektioun (wéi fir Opriichte Drock gegrillt benotzt), seng Reynolds Zuel - d'Formel vun der kritescher Staat ass beschriwwen wéi follegt: Re = 2300. Fir de Flux Kanal vun opzemaachen der Reynolds Zuel ass anescht: Re = 900. Fir kleng Wäerter fir Re ass bestallt, um grousse - Unificatioun.

laminar Flux

Géigesaz zu engem laminar Flux turbulenten der Natur a Richtung Waasser ass (Gas) leeft. Se réckelen der Schichten ouni Vermëschung an ouni Pulsations. An anere Wierder, hëlt d'Bewegung Plaz uniform ouni Rutten spréngt am Drock Richtung a Vitesse.

Laminar Flesseggassystem Flux ass gemaach, zum Beispill, am schmuel Blutt kritt vu Liewewiesen, déi Planzen capillaries an ënner ähnleche Konditiounen, bei engem aktuell vun ganz viscous Flëssegkeeten (Brennstoff Ueleg duerch d'Pipelineaarbechter). Dem Jet Flux visualiséieren ass genuch e bësse fléissendem opgedeckt - Waasser gëtt lues Flux, gläichméisseg, ouni Vermëschung. Wann der spigot zu Enn unscrew, gëtt de System Drock klammen an de Flux gëtt Unificatioun ginn.

turbulenten Flux

Géigesaz zu engem laminar, Hellef Nopeschlänner Deelchen laanscht méi parallel Weeër plënneren, engem turbulenten Flux vum Flesseggassystem ass Venen Natur. Wa mir de Lagrange Approche benotzen, kann de geknéit vun der Deelchen arbiträr iwwerlageren an relativ unpredictably behuelen. Bewegung vun Flëssegkeeten a Gasen ënner dëse Konditiounen sinn ëmmer flüchteg, mat dëse Parameteren nonstationarities eng ganz breet Palette hun kann.

Wéi der laminar Gas Flux an turbulenten Regime Erléis, kënnt vun der Beispill wisps vun Damp vun enger Zigarett Brennen an nach Loft iwwerwaacht ginn. Am Ufank, elo d'Deelercher bal parallel Weeër dropp an Zäit. Damp schéngt fix. Dann op e puer Punkte vun all e Blëtz ginn et grouss eddies datt komplett zoufälleg plënneren. Dës vortices trennen an kleng déi - an och méi kleng a sou op. An zum Schluss, Damp quasi Mixen mat der Loft ronderëm.

Turbulenzen kreesleef

D'virun Beispill ass e Magnusson, an aus sengem Observatioune hunn Wëssenschaftler dëse Conclusiounen gemaach:

1. Laminar an turbulenten Flux sinn probabilistic an Natur: den Iwwergank vun engem Modus anert ass net an genee déi richteg Plaz, an enger éischter arbiträr, zoufälleg Plaz.
2. Éischten, ginn et grouss vortices dass grouss wéi d'Gréisst vun wisps vun gefëmmt ginn. Bewegung gëtt unsteady a staark anisotropic. Grouss leeft méi onbestänneg an trennen an méi kleng a méi kleng. Also, et ass eng Hierarchie vun eddies. D'Energie vun Bewegung ass aus grouss ze kleng ginn, an um Enn vun dësem Prozess verschwënnt - Energie dissipation existeiert um klenge CDM.
3. Turbulenten Flux ass Rutten: eng bestëmmte vortex an engem komplett zoufälleg, onberechenbaren Plaz kann.
4. Damp mat Loft Vermëschung huelen net Plaz ënner laminar Flux, an turbulenten - ass ganz intensiv.
5. Trotz der Tatsaach, datt d'Grenz Konditiounen sinn permanent, d'Turbulenzen selwer huet eng ausgeschwat flüchteg an Natur - all Gas-dynamesch Parameteren iwwer Zäit änneren.

Et ass eng aner wichteg Besëtz vun Turbulenzen: et ass ëmmer dräi-zweedimensional. Och wa mer eent-zweedimensional Flux an der Päif oder zwee-zweedimensional Grenz Layer nach Mëttelpunkt vun turbulenten eddies betruecht geschéien am Richtungen vun der Axen dräi koordinéieren.

Reynolds Zuel: d'Formule

Den Iwwergank vum laminar zu Turbulenzen vum sougenannten kritesch Reynolds Zuel charakteriséiert:

_{Re CR = (ρuL / μ)} CR,

wou ρ - Dicht Baach, U - Flux Taux charakteristesche; L - Flux charakteristesche Gréisst, μ - déi ass souguer gemaach ginn vun dynamesch Viskositéit, CR - fir duerch e Kielech mat enger kreesfërmeg Kräiz Sektioun.

Zum Beispill, fir e Flux mat Drorakéit U an der Päif L ass als benotzt der Päif Duerchmiesser. Osborne Reynolds gewisen, datt an dësem Fall, 2300 CR <20000. D'Verbreedung ass ganz grouss, bal eng Commande vun Magnitude.

Eng ähnlech Resultat ass an der Grenz Layer op der wafer kritt. Charakteristesche Gréisst ass wéi d'Distanz vun der virun Südsäit vun der Risotto geholl, an dann 3 × ¹⁰ Mee CR <4 × ¹⁰ Abrëll. Wann L als deck vun der Grenz Layer definéiert ass, déi 2700 CR <9000. Fir. Et gi experimentell Studien dass dës Distanz hunn, datt de Wäert vun Re _CR souguer méi grouss ginn kënnen.

D'Konzept vun Drorakéit perturbation

D'laminar an turbulenten Flesseggassystem Flux, an anere Wierder, de kritescher Wäert vun der Reynolds Zuel (Re) hänkt op enger grousser Zuel vu Facteuren. Vun den Drock Temperaturgefäll, der Héicht vun net vill roughness, Turbulenzen Intensitéit am externen Flux, differentiell Temperatur, etc. Fir Kamoudheet, dës ugesammelt Faktoren perturbation Drorakéit genannt ginn well si hunn eng gewëssen Afloss op de Flux Tarif. Wann dës Stéierung kleng ass, kann et viscous Kräften sech ginn Naturgeschicht der Drorakéit Terrain, fir. Fir grouss Wierkung vun de Flux onbestänneg ginn kann, an Turbulenzen existeiert.

Entscheet, dass d'kierperlech Bedeitung vun der Reynolds Zuel - d'Verhältnis vun inertial Kräften an viscous Kräften, leeft schratt vun der Formel Daach:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (U / L )).

Kéier wäiss ass zweemol d'Drorakéit Kapp an der zäitlech - de Wäert ass vun der Commande vun der frictional Stress, wann L als deck vun der Grenz Layer geholl ass. Dynamic Drock hautdësdaags d'Gläichgewiicht an ze zerstéieren Reiwung Kräften dëser dogéint. Mä et ass net kloer firwat de Kräften vun Obstruktioun (oder Drorakéit Drock) just zu Ännerungen an wann se 1000 Mol méi viscous Kräften sinn.

Berechnungen a Fakten

Wahrscheinlech, méi Kéier als charakteristesche Vitesse benotzt ginn Re _CR net absolute Flux Drorakéit U, an der Drorakéit perturbation. An dësem Fall, wäert der kritescher Reynolds Zuel iwwer 10, i.e. ginn wann de dynamesch Drock Stéierung viscous betount iwwer 5 Mol de laminar Flux an engem turbulenten Flesseggassystem leeft Iwwerschreiden. Dës Definitioun un e puer Wëssenschaftler Re no ass gutt vun den folgenden experimentally bewisen Fakten erkläert.

Fir eng perfekt eenheetlech Drorakéit Profil op engem perfekt glater Surface traditionell vun der Zuel alles ass Re _CR ze Infinity hautdësdaags, datt ass, existeiert der Transitioun eigentlech zu Turbulenzen. Hei de Reynolds Zuel ass vun der Hellegkeet vun der perturbation Drorakéit ënnert dem kriteschen Wäert alles, wat bis 10 selwecht ass.

An der Presenz vun kënschtlech Turbulenzen, dauernd dach mol Taux ähnlecher mat den normalen Taux, gëtt de Flux turbulenten bei vill manner Reynolds Nummeren wéi Re _CR, aus dem absolute Wäert vun der Vitesse alles. Dëst erlaabt de Gebrauch vun der souguer gemaach Re _CR = 10, wou de charakteristesche Drorakéit der absolute Wäert vun der Drorakéit perturbation vun der uewen Grënn ëmmer ass.

Stabilitéit vun der laminar Flux Regime am si da

D'laminar an turbulenten Flux ass fir all Zorte vu Flëssegkeeten a Gasen ënner verschiddene Konditiounen gemeinsam. D'laminar Natur vun der Flux sinn rar an zeechne, zum Beispill, fir schmuel ënnerierdesch Baachen begënschtegt. Vill méi, ass dat Thema vun Suerg vun Wëssenschaftler am Kader vun praktesch Uwendung fir Transport duerch si da Waasser, Ueleg, Gas an aner Flëssegkeeten.

Q laminar Flux Stabilitéit ass enk mat der Etude Mëttelpunkt vun der Haaptrei Flux gestéiert. Et war fonnt déi sougenannte kleng Wierkung beaflosst gin. Je ob se wuessen oder Fade ewech iwwer Zäit, ass d'Basis Flux als stabil oder onbestänneg gin.

Fir compressible an net compressible Flëssegkeeten

Ee vun de Facteuren der laminar an turbulenten Flesseggassystem Flux Auswierkungen ass seng compressibility. Dëst Flesseggassystem Propriétéit ass besonnesch wichteg an der Etude vun der Stabilitéit vun Net-permanent Prozesser mat rapid Changement an der Primärschoul aktuell.

Studien weisen dass laminar sourcë vun engem incompressible Flesseggassystem am Hülsen vum zylindresch Rubrik ze relativ kleng axisymmetric a Net-axisymmetric Stéierungen an Zäit a Raum resistent ass.

Kuerzem, sinn Berechnungen op der Afloss vun Stéierungen op der axisymmetric Flux Resistenz am woellen Deel vun der zylindresch eraus duerchgefouert wou den Haaptgrond aktuell op der zwee Koordinaten ofhängeg ass. D'koordinéieren Achs vun der Päif ass als Parameter als dass laanscht de Radius vun der Haaptrei Flux Päif der Drorakéit Profil Effet.

Konklusioun

Trotz Joerhonnerte vun studéieren, kënne mer net soen, datt laminar an turbulenten Flux grëndlech studéiert ass. Experimentell Studien op der Mikro Niveau, Dréimoment nei Problemer engem opgebauten Berechnung beinhalt Retouchen. D'Natur vun der Fuerschung ass d'Applikatioun a benotzt: den dausende d'Welt vun Kilometer vu Waasser, Ueleg, Gas a Produit. Der méi der agefouert technesch Léisungen fir Reduktioun vun Turbulenzen am Transport, am efficacesten wäert et ginn.