Թիթեղային եւ անհանգիստ հոսքը: Հեղուկի հոսքի ռեժիմները

Ուսումնասիրելով հատկությունների Հեղուկների եւ գազերի հոսքի համար շատ կարեւոր է, որ արդյունաբերության եւ կոմունալ ծառայությունների: The թիթեղային եւ անհանգիստ հոսքի ազդեցությունը ջրային տրանսպորտային փոխարժեքով, նավթի, բնական գազի խողովակաշարերը տարբեր նպատակներով, ազդում է այլ պարամետրեր: Այս խնդիրները անել գիտության Hydrodynamics:

դասակարգումը

Գիտական միջավայրում Հեղուկի հոսքի ռեժիմների եւ գազերի բաժանվում են երկու առանձին դասերի:

• թիթեղային (inkjet);
• անհանգիստ:

Նաեւ տարբերակել անցումային փուլ: Ի դեպ, տերմինը «հեղուկ» ունի լայն իմաստ, այն կարող է լինել incompressible (հեղուկ, ըստ էության, հանդիսանում), որը compressible (գազ), conductive, եւ այլն ...

Գործը պատմություն

Մեկ այլ Մենդելեեւ 1880 թ գաղափարը գոյության երկու հակադիր հոսքի ռեժիմների էր արտահայտել: Մանրամասների համար այս հարցի վերաբերյալ քննվել է բրիտանացի ֆիզիկոս եւ ինժեներ Osborne Ռեյնոլդսին ով ավարտել է ուսումնասիրել 1883-ին: Առաջին, գործնականում, եւ ապա, օգտագործելով բանաձեւերը, այն գտել է, որ ավելի ցածր են հոսքի փոխարժեքով հեղուկ տրանսպորտի դառնում թիթեղային ձեւ: շերտեր (մասնիկը հոսքը), որը գրեթե չի խառնել եւ տեղափոխել երկայնքով զուգահեռ ուղիների. Սակայն, այն բանից հետո, հաղթահարելով որոշակի կրիտիկական արժեքը (տարբեր պայմաններում այն տարբերվում է), կոչում Ռեյնոլդսը համարը հեղուկ հոսքի պայմաններ են փոխվել `ռեակտիվ հոսքի դառնում քաոսային հորձանուտ - այսինքն, անհանգիստ: Քանի որ պարզվել է, որ այս ցուցանիշները որոշակիորեն բնորոշ եւ գազեր:

Գործնական անգլիացի գիտնական հաշվարկները ցույց են տվել, որ վարքագիծը, օրինակ, ջրի, մեծապես կախված վիճակում եւ հարթություններում տանկի (խողովակներ, ջրատարներ, capillaries, եւ այլն), որը դա հոսում. Խողովակների ունենալով շրջանաձեւ խաչաձեւ բաժինը (օրինակ, որն օգտագործվում է աճող ճնշման խողովակաշար), նրա Reynolds Միավորների քան - բանաձեւը կրիտիկական վիճակում նկարագրվում է հետեւյալ կերպ. Re = 2300. Որպեսզի բացել հոսքը ալիքը Ռեյնոլդսի թվի տարբերվում: Re = 900. For փոքր արժեքների վերականգնման համար պատվիրված է, մեծ - քաոսային.

թիթեղային հոսքը

Ի տարբերություն մի թիթեղային հոսքը տուրբուլենտային բնույթը եւ ուղղությունը ջրի (գազ) հոսում: Նրանք տեղափոխել շերտերը, առանց mixing եւ առանց pulsations: Այլ կերպ ասած, շարժումը տեղի է ունենում միատեսակ են առանց անկանխատեսելի jumps է ճնշման ուղղությամբ եւ արագությամբ:

Թիթեղային հեղուկ հոսքի ձեւավորվում է, օրինակ, նեղ արյան անոթների կենդանի բաների, բույսերը մազանոթների եւ համանման պայմաններում, ընթացիկ շատ մածուցիկ հեղուկների (մազութի միջոցով խողովակաշարով): Է պատկերացնել ռեակտիվ հոսքը բավարար է բացահայտել մի քիչ ծորակը - ջուր կհոսի հանգիստ, evenly, առանց mixing. Եթե ետ պտուտակել խցան մինչեւ վերջ, համակարգը ճնշումը կբարձրանա, եւ հոսքը կդառնա քաոսային:

անհանգիստ հոսքը

Ի տարբերություն թիթեղային, ջրով կը հեղեղեմ երկիրը հարեւան մասնիկները շարժվում երկայնքով էականորեն զուգահեռ ուղիներ, անհանգիստ հոսքը հեղուկ խանգարված է բնությունը: Եթե մենք օգտագործել LAGRANGE մոտեցումը, հետագծերը մասնիկների կարող կամայականորեն համընկնումը եւ պահում շատ unpredictably: Շարժումը Հեղուկների եւ գազերի այս պայմաններում միշտ անցողիկ է, այդ պարամետրերի nonstationarities կարող է ունենալ շատ լայն շրջանակ:

Որպես թիթեղային գազի հոսքի մեջ բուռն ռեժիմի հասույթի, կարող է վերահսկվել են օրինակ ալեխառն ծխի այրվող սիգարետի դեռեւս օդում: Ի սկզբանե, որ մասնիկները շարժվում գրեթե զուգահեռ ուղիների անփոփոխ ժամանակին. Ծուխ կարծես թե ֆիքսված: Ապա ինչ-որ պահի հանկարծ կան խոշոր eddies, որ շարժվում ամբողջությամբ պատահական. Այս ձեւավորումներ կոտրել մինչեւ մեջ փոքր նորերը - մեջ նույնիսկ ավելի փոքր եւ այլն: Ի վերջո, գրեթե ծխում միախառնվում շրջապատող օդում:

տուրբուլենտության ցիկլեր

Վերը նշված օրինակը է դասագիրք, եւ նրա դիտարկումների գիտնականները կազմել են հետեւյալ եզրակացությունները.

1. Թիթեղային եւ անհանգիստ հոսքը են հավանակային բնույթ: անցումը մեկ ռեժիմում մյուսը չէ, հենց ճիշտ տեղում, եւ բավականին կամայական, պատահական վայրում.
2. Նախ, կան խոշոր ձեւավորումներ, որոնք ավելի մեծ է, քան չափի ալեխառն ծխի: Շարժումը դառնում է անկայուն, եւ խիստ անիզոտրոպ: Մեծ հոսքերը դառնում անկայուն եւ կոտրել մինչեւ մեջ ավելի ու ավելի փոքր Այսպիսով, կա մի հիերարխիա eddies: Էներգիան շարժման փոխանցվում է մեծ եւ փոքր, եւ վերջում այդ գործընթացի անհետանում - էներգետիկ dissipation տեղի է ունենում փոքր ծավալների կրճատմամբ:
3. Անհանգիստ հոսքը անկայուն է `ա մասնավորապես հորձանուտ կարող է լինել բոլորովին պատահական, անկանխատեսելի տեղում:
4. Mixing ծուխը, մթնոլորտային օդի հետ չի կայանա տակ թիթեղային հոսքը, իսկ անհանգիստ - շատ ինտենսիվ:
5. Չնայած այն հանգամանքին, որ սահմանի պայմանները գրենական պիտույքներ, անհանգիստ ինքն ունի ընդգծված անցողիկ բնույթ - բոլոր գազ դինամիկ պարամետրերը փոխելու ժամանակի ընթացքում:

Կա եւս մեկ կարեւոր սեփականությունն անհանգիստ, քանի որ դա միշտ էլ եռաչափ. Նույնիսկ եթե մենք գտնում ենք, ծավալային հոսքը խողովակի կամ երկչափ սահմանային շերտի դեռ միջնորդությունը անհանգիստ eddies տեղի են ունենում ուղղություններով երեք համակարգում axes.

Ռեյնոլդսի թվով, որ բանաձեւը

Անցումը թիթեղային ցնցումներ բնութագրվում է այսպես կոչված քննադատական Reynolds համարը:

_{Re cr = (ρuL / μ)} CR,

որտեղ ρ խտության հոսք, u - հոսքի արագությունը բնորոշ. L - հոսում բնորոշ չափը, μ - գործակից դինամիկ մածուցիկության, CR - ի կողմից խողովակի հետ շրջանաձեւ խաչաձեւ բաժնում:

Օրինակ, մի հոսքի հետ արագություն u խողովակի L, որը օգտագործվում է որպես խողովակի տրամագծով: Osborne Ռեյնոլդսը ցույց տվեց, որ այս դեպքում, 2300 CR <20000 որի տարածումը շատ մեծ է, գրեթե կարգը ուժգնությամբ:

Համանման արդյունք ստացվում է սահմանային շերտի վրա նշխար. Որ բնորոշ չափը ընկալվում է որպես հեռավորությունը առջեւի եզրին ափսեի, եւ ապա 3 × ¹⁰ Մայիս CR <4 × ¹⁰ Ապրիլ. Եթե L սահմանվում է որպես հաստության սահմանային շերտի, որ 2700 CR <9000 Կան փորձարարական հետազոտություններ, որոնք ցույց են տվել, որ այդ արժեքը Re _cr կարող է լինել նույնիսկ ավելի մեծ.

Որ հայեցակարգը արագություն հուզմունք

The թիթեղային եւ անհանգիստ հեղուկ հոսքի, եւ ըստ այդմ, կրիտիկական արժեքը Reynolds թվի (RE) կախված է մի մեծ շարք գործոններից: Սկսած ճնշման գրադիենտ, բարձրության bumps roughness, տուրբուլենտության ինտենսիվության մեջ արտաքին հոսքի, դիֆերենցիալ ջերմաստիճանի, եւ այլն հարմարության համար, այդ համախառն գործոնները, որոնք կոչվում են հուզմունք արագություն քանի որ նրանք ունեն որոշակի ազդեցություն հոսքի փոխարժեքով: Եթե սա անկարգություն փոքր է, բայց կարելի է լուծել մածուցիկ ուժերը փորձում է հարթեցնել արագություն դաշտը: Համար խոշոր փոխազդեցությունները է հոսքը կարող է դառնալ անկայուն, եւ անկարգություն տեղի է ունենում:

Հաշվի առնելով, որ ֆիզիկական իմաստը, Reynolds Միավորների քան - հարաբերակցության իներցիոն ուժերի եւ մածուցիկ ուժերի, վրդովմունք հոսքերի ծածկված է հետեւյալ բանաձեւով.

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )):

Համարիչը երկու անգամ արագություն ղեկավարը եւ հայտարար - ի արժեքը կարգի մասին frictional սթրեսի, եթե L ընկալվում է որպես հաստության սահմանային շերտի: Դինամիկ ճնշումը ձգտում է կործանել հավասարակշռությունը եւ շփում ուժերը դեմ են սա: Սակայն, անհասկանալի է, թե ինչու է ուժերը իներցիայով (կամ արագություն ճնշման) կհանգեցնի փոփոխությունների, միայն այն ժամանակ, երբ նրանք գտնվում են 1000 անգամ ավելի մածուցիկ ուժեր:

Հաշվարկները եւ փաստեր

Հավանաբար, ավելի հարմար է օգտագործել որպես բնորոշ արագությամբ Re _CR ոչ բացարձակ հոսքը արագություն u, եւ արագություն հուզմունք: Այս դեպքում, կրիտիկական Reynolds թիվը կլինի մոտ 10, այսինքն, երբ գերազանցող դինամիկ ճնշման խանգարման մածուցիկ շեշտադրումներ է ավելի քան 5 անգամ գերազանցում է թիթեղային հոսքը դեպի մի փոթորկալից հեղուկ հոսքերի. Այս սահմանումը Re ըստ որոշ գիտնականների, ինչպես նաեւ բացատրվում է հետեւյալ experimentally ապացուցված փաստերի:

Մի հիանալի միասնական արագություն դիտարկում վրա կատարելապես հարթ մակերեւույթի ավանդաբար որոշվում է մի շարք Re _CR հակված է անվերջություն, այսինքն, այդ անցումը, ըստ էության, տեղի է ունենում ցնցումներ: Այստեղ Ռեյնոլդսը թիվը որոշվում է ահռելի հուզմունք արագություն գրանշանները կրիտիկական արժեքից, որը հավասար է 10:

Ներկայությամբ արհեստական անհանգիստ, պատճառելով խուրձ ցուցանիշը համադրելի բազային տոկոսադրույքը, ապա հոսքը դառնում է անհանգիստ է շատ ավելի ցածր է, Reynolds համարները, քան Ռե _CR, սահմանված է բացարձակ արժեքի արագությամբ: Սա թույլ է տալիս օգտագործումը գործակցով Re _CR = 10, որտեղ բնորոշ արագություն է բացարձակ արժեքը արագություն հուզմունք հետեւանքով առաջացած վերը նշված պատճառներով:

Կայունությունը թիթեղային հոսքի ռեժիմի գազատարի

The թիթեղային եւ անհանգիստ հոսքը ընդհանուր է բոլոր տեսակի հեղուկների եւ գազերի տարբեր պայմաններում: The թիթեղային բնույթը հոսքի հազվագյուտ են եւ բնորոշվում են, օրինակ, նեղ ստորգետնյա հոսքերի հարթավայրերն. Շատ ավելի, ապա այդ հարցը մտահոգիչ է գիտնականների համատեքստում գործնական կիրառման համար խողովակաշարային տրանսպորտով փոխադրման ջրի, նավթի, գազի եւ այլ հեղուկների.

Q թիթեղային հոսքը կայունությունը սերտորեն կապված է ուսումնասիրությունը անհանգստացնում միջնորդությունը հիմնական հոսքի. Այն հայտնաբերվել է ազդել, այսպես կոչված փոքր խաթարումների: Կախված նրանից, թե արդյոք նրանք աճում, կամ անհետանում ժամանակի ընթացքում, հիմնական հոսքը է համարվում կայուն կամ անկայուն է:

Համար compressible եւ ոչ compressible հեղուկների

Մեկը գործոնների վրա ազդող թիթեղային եւ անհանգիստ Հեղուկի հոսքի է իր compressibility. Այս հեղուկ գույքը հատկապես կարեւոր է ուսումնասիրության կայունության ոչ ստացիոնար գործընթացների հետ արագ փոփոխության առաջնային ընթացիկ.

Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ թիթեղային հոսքը մի incompressible հեղուկ խողովակների գլանաձեւ բաժնում դիմացկուն է համեմատաբար փոքր axisymmetric եւ ոչ axisymmetric անկարգությունների ժամանակի եւ տարածության.

Վերջերս, հաշվարկները կատարվում են ազդեցության անկարգությունների վերաբերյալ axisymmetric հոսքի դիմադրության խորշիկ մասի գլանաձեւ խողովակի որտեղ հիմնական գործող կախված է երկու կոորդինատները: Կոորդինատների առանցքը խողովակի համարվում է պարամետր, որը ազդում է արագություն դիտարկում երկայնքով շառավղով հիմնական հոսքի խողովակով:

եզրափակում

Չնայած դարերի ուսումնասիրության, մենք չենք կարող ասել, որ թիթեղային եւ անհանգիստ հոսքը մանրակրկիտ ուսումնասիրվել: Փորձարարական հետազոտություններ միկրո մակարդակում, նոր հարցեր բարձրացնել պահանջող պատճառաբանված հաշվարկման հիմնավորումներ: Բնությունն հետազոտության է դիմումը եւ օգտագործման. Աշխարհի հազարավոր կիլոմետրերով ջրի, նավթի, գազի եւ արտադրանքի. Որքան երկար է է ներկայացրել տեխնիկական լուծումները նվազման անհանգիստ ընթացքում տրանսպորտի, այնքան ավելի արդյունավետ կլինի: