Laminar at magulong daloy. tuluy-tuloy na daloy ng regimes

Pag-aaral ang mga katangian ng mga likido at gas daloy ay napakahalaga para sa industriya at pampublikong mga utility. Ang laminar at magulong daloy epekto sa transportasyon rate ng tubig, langis, natural gas pipelines para sa iba't ibang mga layunin, ay nakakaapekto sa iba pang mga parameter. Ang mga problemang ito ang sinasabi ng siyensiya haydrodinamika.

pag-uuri

Sa pang-agham na kapaligiran ng tuluy-tuloy na daloy ng regimes at gases ay nahahati sa dalawang napaka natatanging mga klase:

• laminar (inkjet);
• hindi mapipigil.

Gayundin makilala sa palampas yugto. Hindi sinasadya, ang terminong "liquid" ay may malawak na kahulugan: maaari itong maging incompressible (liquid talaga), isang napipiga (gas), kondaktibo, atbp ...

kasaysayan ng kaso

Ang isa pang Mendeleev sa 1880 ang ideya ng pag-iral ng dalawang tapat na daloy ng mga rehimen ay ipinahayag. Para sa karagdagang detalye sa isyung sinusuri ang British pisisista at engineer Osborne Reynolds na nakumpleto ang pag-aaral sa 1883. Una, halos, at pagkatapos ay ang paggamit ng mga formula ng ito ay natagpuan na sa isang mababang rate ng daloy ng likidong transport nagiging laminar form: layers (maliit na butil daloy) ay halos hindi ihalo at ilipat sa kahabaan parallel path. Gayunpaman, pagkatapos overcoming isang tiyak na kritikal na halaga (para sa iba't ibang mga kondisyon na ito ay naiiba), ang pamagat Reynolds numero ng likido daloy kondisyon ay nagbago: ang jet flow nagiging magulong puyo ng tubig - ibig sabihin, hindi mapipigil. Bilang ito naka-out, ang mga parameter ay sa ilang mga lawak na likas at gas.

Praktikal na Ingles siyentipiko kalkulasyon ay nagpakita na ang pag-uugali ng, hal, tubig, ay lubos na nakasalalay sa hugis at sukat ng mga tangke (pipe, channel, capillaries, at iba pa), sa pagdaloy nito. Sa pipa pagkakaroon ng isang pabilog na krus seksyon (tulad na ginagamit para sa pag-mount presyon ng mga tubo), ang Reynolds numero - ang formula ng mga kritikal na estado ay inilarawan bilang mga sumusunod: Re = 2300. Upang buksan ang daloy channel ng ang bilang Reynolds ay iba't ibang: Re = 900. Para sa mas maliit na mga halaga para sa Re Nakaayos, sa pangkalahatan - may gulo.

laminar daloy

Hindi tulad ng laminar daloy magulong ay ang likas na katangian at direksyon ng tubig (gas) daloy. Ilipat ang mga ito sa mga layer na walang paghahalo at walang pulsations. Sa ibang salita, ang mga kilusan nagaganap pantay walang mali-mali jumps sa direksyon presyon at bilis.

Laminar tuluy-tuloy daloy ay nabuo, halimbawa, sa makipot na daluyan ng dugo ng pamumuhay ng mga bagay, ang mga halaman capillaries at sa ilalim ng maihahambing na mga kondisyon, sa isang kasalukuyang ng napaka nanlalagkit likido (gasolina langis sa pamamagitan ng pipeline). Upang maisalarawan ang daloy jet ay sapat na upang ipakita ang isang maliit na i-tap - tubig ay dumaloy nang tahimik, pantay-pantay, nang walang halo. Kung alisan ng tornilio ang pasak sa dulo, ang sistema ng presyon ay tumaas at ang daloy ay magiging magulo.

magulong daloy

Hindi tulad ng laminar, kung saan kalapit na mga particle ilipat sa kahabaan malaki-laking parallel path, isang magulong daloy ng mga likido ay disordered kalikasan. Kung ginagamit namin ang Lagrange diskarte, ang trajectories ng mga particle ay maaaring nagkataon nagsasapawan at kumilos masyadong unpredictably. Movement ng likido at gas sa ilalim ng mga kundisyon na ito ay palaging lumilipas, na may mga parameter na ito nonstationarities ay maaaring magkaroon ng isang napaka-malawak na saklaw.

Bilang ang gas daloy laminar sa magulong nalikom rehimen, ay maaaring sinusubaybayan sa pamamagitan ng mga halimbawa wisps ng usok ng isang nasusunog sigarilyong in pa rin ang hangin. Sa una, ang mga particle ilipat ang halos parallel path magbabago sa oras. Usok Mukhang maayos. Pagkatapos ay sa ilang mga punto ang lahat ng isang biglaang mayroong malaking eddies na ilipat ang ganap na random. Ang mga vortex break up sa mas maliit na mga bago - sa kahit na mas maliit at iba pa. Sa katapusan, halos usok mixes na may mga nakapaligid na hangin.

turbulence cycles

Ang halimbawa sa itaas ay isang aklat-aralin, at mula sa kanyang mga obserbasyon mga siyentipiko na ginawa ang mga sumusunod na konklusyon:

1. Laminar at magulong daloy ay probabilistiko sa kalikasan: ang paglipat mula sa isang mode sa isa pang ay hindi sa eksakto ang tamang lugar, at sa isang medyo arbitrary, random na lokasyon.
2. Una, may mga malaking vortex na mas malaki kaysa sa laki ng wisps ng usok. Movement ay nagiging di-matatag at masidhi anisotropic. Malaking daloy naging matatag at naghihiwalay sa maraming mas maliit at mas maliit. Kaya, mayroong isang hierarchy ng eddies. Ang enerhiya ng kilusan ay inililipat mula sa malaki sa maliit, at sa dulo ng prosesong ito mawala - enerhiya pagwawaldas nangyayari sa maliit na kaliskis.
3. Magulong daloy ay mali-mali: isang partikular na puyo ng tubig ay maaaring sa isang ganap na random, mahuhulaan lugar.
4. Paghahalo ng usok na may ambient air ay hindi kumuha ng lugar sa ilalim ng laminar daloy, at sa magulong - ay napaka-intensive.
5. Sa kabila ng ang katunayan na ang mga kondisyon ng hangganan ay nakatigil, ang ligalig mismo ay may binibigkas transient sa kalikasan - ang lahat ng gas-dynamic na parameter magbago sa paglipas ng panahon.

May isa pang mahalagang ari-arian ng turbulence: ito ay palaging three-dimensional. Kahit na isaalang-alang namin ang isa-dimensional na daloy sa pipe o dalawang-dimensional na layer boundary pa rin galaw ng magulong eddies nagaganap sa direksyon ng tatlong coordinate axes.

Reynolds numero: ang formula

Ang paglipat mula sa laminar sa Turbulence nailalarawan sa pamamagitan ng tinatawag na kritikal Reynolds numero:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

kung saan ρ - density stream, u - daloy ng rate katangi-; L - dumaloy katangi-laki, μ - ang koepisyent ng mga dynamic lapot, cr - para sa sa pamamagitan ng isang tube na may isang pabilog na krus seksyon.

Halimbawa, para sa isang daloy na may bilis u sa L pipe ay ginagamit bilang ang diameter ng pipe. Osborne Reynolds ay nagpakita na sa kasong ito, 2300 cr <20000. Ang pagkalat ay napakalaki, halos isang order ng magnitude.

Ang isang katulad na resulta ay nakuha sa boundary layer sa tinapay na manipis. Ang katangi-size ay kinuha bilang ang distansya mula sa harap gilid ng plato, at pagkatapos ay 3 × ¹⁰ Mayo cr <4 × ¹⁰ Abril. Kung L ay tinukoy bilang ang kapal ng boundary layer, ang 2700 cr <9000. May mga pang-eksperimentong mga pag-aaral na nagpakita na ang halaga ng Re _cr ay maaaring kahit na mas malaki.

Ang konsepto ng bilis-aalaala

Ang laminar at magulong daloy ng likido, at nang naaayon, ang mga kritikal na halaga ng numero Reynolds (Re) ay depende sa isang malaking bilang ng mga kadahilanan. Mula sa presyon ng gradient, ang taas ng pagkakamali pagkamagaspang, turbulence intensity sa panlabas na daloy, kaugalian temperatura, atbp Para sa kaginhawahan, ang mga pinagsama-samang mga kadahilanan ay tinatawag na pag-aalaala bilis dahil mayroon silang isang tiyak na impluwensiya sa ang daloy rate. Kung ito gulo ay maliit, maaari itong naisaayos na malapot pwersa na naglalayong i-align ang bilis field. Para sa malaking perturbations ng daloy ay maaaring maging hindi matatag at turbulence nangyayari.

Given na ang pisikal na kahulugan ng bilang Reynolds - ang ratio ng inertial pwersa at nanlalagkit puwersa, sama ng loob daloy na sakop ng mga formula:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

numerator ay dalawang beses ang bilis ulo at ang denominator - ang halaga ay sa pagkakasunud-sunod ng ang pakiskis stress, kung L ay kinuha bilang ang kapal ng boundary layer. Dynamic na presyon ay may gawi na sirain ang balanse at alitan pwersa tutulan ito. Gayunman, hindi malinaw kung bakit ang mga puwersa ng pagkawalang-kilos (o bilis presyon) humantong sa mga pagbabago lamang kapag ang mga ito 1000 beses mas malapot pwersa.

Kalkulasyon at katotohanan

Marahil, mas maginhawang gamitin bilang isang katangi-speed Re _CR hindi absolute bilis ng daloy u, at ang bilis pagkaligalig. Sa kasong ito, ang mga kritikal na Reynolds numero ay tungkol sa 10, ibig sabihin, kapag paglampas sa mga dynamic na presyon ng gulo na malapot mga problema higit sa 5 beses ang daloy laminar sa isang magulong tuluy-tuloy na daloy. Ito kahulugan Re ayon sa ilang siyentipiko ay ipinaliwanag ng mabuti ang mga sumusunod na pagtuklas napatunayan na katotohanan.

Para sa isang perpektong pare-parehong profile bilis sa isang ganap na ganap makinis na ibabaw ay ayon sa kaugalian natukoy ng bilang Re _cr ay may gawi na infinity, iyon ay, ang paglipat ang tunay na nangyayari sa gulo. Narito ang Reynolds numero ay natutukoy sa pamamagitan ng ang magnitude ng pag-aalaala bilis sa ibaba ng kritikal na halaga, na kung saan ay katumbas ng 10.

Sa pagkakaroon ng artipisyal na pagkakagulo, na nagiging sanhi ng splash rate maihahambing sa pangunahing rate, ang daloy ay nagiging magulong sa mas mababang Reynolds numero kaysa Re _cr, pinasiyahan ito mula sa absolute value ng bilis. Nagbibigay-daan ito sa paggamit ng ang koepisyent Re _cr = 10, kung saan ang katangi-bilis ay ang absolute value ng bilis-aalaala na sanhi ng mga kadahilanan sa itaas.

Katatagan ng rehimen laminar daloy sa pipeline

Ang laminar at magulong daloy ng gawain ay pangkaraniwan sa lahat ng uri ng likido at gas sa ilalim ng iba't-ibang mga kundisyon. Ang laminar likas na katangian ng daloy ay bihira at ay nailalarawan sa, halimbawa, para sa makitid underground stream kapatagan. Marami pang iba, ang isyu na ito ay ng pag-aalala ng mga siyentipiko sa konteksto ng mga praktikal na aplikasyon para sa transportasyon sa pamamagitan ng pipeline ng tubig, langis, gas at iba pang mga likido.

Q laminar daloy katatagan ay malapit na nauugnay sa ang pag-aaral nabalisa galaw ng mga pangunahing daloy. Ito ay natagpuan na apektado sa pamamagitan ng ang tinatawag na maliit na perturbations. Depende sa kung ang mga ito palaguin o maglaho sa paglipas ng panahon, ang mga pangunahing daloy ay itinuturing na matatag o hindi matatag.

Para sa napipiga at hindi napipiga fluids

Ang isa sa mga kadahilanan na nakakaapekto sa laminar at magulong daloy ng likido ay ang kanyang compressibility. Ang fluid sa ari-arian ay partikular na mahalaga sa pag-aaral ng katatagan ng di-galaw na proseso na may mabilis na pagbabago sa pangunahing kasalukuyang.

Pag-aaral magpahiwatig na ang laminar daloy ng isang incompressible likido sa tubes ng cylindrical seksyon ay lumalaban sa relatibong maliit na axisymmetric at non-axisymmetric abala sa oras at espasyo.

Kamakailan lamang, ang mga kalkulasyon ay natupad sa impluwensiya ng mga kaguluhan sa axisymmetric daloy paglaban sa makipot na look na bahagi ng cylindrical tube kung saan ang pangunahing kasalukuyang ay nakasalalay sa dalawang mga coordinate. Ang coordinate axis ng pipe ay itinuturing bilang ang parameter na nakakaapekto sa profile bilis sa kahabaan ng radius ng pangunahing daloy ng pipe.

konklusyon

Sa kabila ng mga siglo ng pag-aaral, hindi namin maaaring sabihin na laminar at magulong daloy ay lubusan-aral. Pang-eksperimentong mga pag-aaral sa micro antas, itaas ang mga bagong isyu na nangangailangan ng isang reasoned pagkalkula justification. Ang likas na katangian ng pananaliksik ay ang application at paggamit: libu-libong sa buong mundo ng mga kilometro ng tubig, langis, gas at produkto. Ang mas mahaba ang nagpasimula teknikal na mga solusyon para sa pagbabawas ng ligalig sa panahon ng transportasyon, ang mas epektibo ito ay magiging.