Laminar jeung aliran ngagalura. rézim aliran cairan

Diajar sipat cair jeung gas aliran pohara penting pikeun industri jeung Utiliti umum. The laminar sarta pangaruh aliran ngagalura dina laju angkutan cai, minyak, pipelines gas alam pikeun sagala rupa kaperluan, mangaruhan parameter lianna. Masalah ieu ngalakukeun hydrodynamics sains.

carana ngumpulan

Di lingkungan ilmiah rézim aliran cairan sarta gas anu dibagi jadi dua kelas pisan béda:

• laminar (inkjet);
• ngagalura.

Ogé ngabédakeun tahap peralihan. Saliwatan, istilah "cair" ngabogaan harti lega: eta tiasa incompressible (cair sabenerna mah), hiji compressible (gas), conductive, jsb ...

sajarah hal

Sejen Mendeleev dina 1880 pamanggih ngeunaan ayana dua rézim aliran tibalik ieu ditepikeun. Pikeun leuwih rinci dina masalah ieu nalungtik éta fisikawan Britania jeung insinyur Osborne Reynolds anu réngsé nalungtik taun 1883. Kahiji, praktis, lajeng ngagunakeun rumus mangka kapanggih yén dina laju aliran low angkutan cair janten formulir laminar: (aliran partikel) lapisan ampir teu gaul jeung mindahkeun sapanjang jalur paralel. Sanajan kitu, sanggeus overcoming hiji nilai kritis tangtu (kanggo kondisi béda éta mah béda), judul angka Reynolds kaayaan aliran cairan anu robah: aliran jet janten kacau vortex - i.e., ngagalura. Salaku tétéla, parameter ieu mun extent sababaraha alamiah tur gas.

Praktis itungan élmuwan Inggris némbongkeun yén paripolah, e.g., cai, nyaeta pohara gumantung kana bentuk jeung dimensi tina tank (pipa, saluran, kapilér, jsb), nu éta ngalir. Dina pipa gaduh bagian cross sirkular (misalna dipaké pikeun ningkatna piping tekanan), jumlah Reynolds anak - rumus tina kaayaan kritis ieu digambarkeun saperti kieu: Re = 2300. Dina raraga muka saluran aliran jumlah Reynolds téh béda: Re = 900. Sangkan nilai leutik pikeun Re ieu maréntahkeun, buron - kacau.

aliran laminar

Teu kawas hiji ngagalura aliran laminar nyaeta alam jeung arah cai (gas) ngalir. Aranjeunna mindahkeun lapisan tanpa Pergaulan jeung tanpa pulsations. Dina basa sejen, gerakan lumangsung seragam tanpa jumps erratic dina tekanan arah jeung speed.

aliran cairan Laminar kabentuk, contona, dina sempit pembuluh darah tina mahluk hirup, pepelakan kapilér sarta dina kaayaan comparable, dina hiji kiwari cair pisan kentel (bahan bakar minyak ngaliwatan pipa nu). Pikeun visualize aliran jet téh cukup pikeun nembongkeun hiji ketok saeutik - cai bakal ngalir quietly, merata, tanpa Pergaulan. Mun unscrew nu spigot ka tungtungna, tekanan sistem bakal naek jeung aliran bakal jadi kacau.

aliran ngagalura

Teu kawas hiji laminar, wherein partikel tatangga mindahkeun sapanjang jalur substansi paralel, aliran ngagalura adi nyaeta alam disordered. Lamun kami nganggo pendekatan Lagrange, anu trajectories partikel bisa wenang tumpang tindih sarta kalakuanana rada unpredictably. Gerak cair jeung gas dina kaayaan ieu salawasna fana, mibanda parameter ieu nonstationarities bisa boga rentang pisan lega.

Salaku aliran gas laminar kana proceeds rezim ngagalura, bisa diawaskeun ku conto wisps haseup tina hiji roko ngaduruk di kénéh hawa. Dina awalna, partikel mindahkeun jalur ampir sajajar unchanged dina jangka waktu. Haseup sigana dibereskeun. Lajeng di sawatara titik sakabéh ngadadak aya eddies badag nu mindahkeun lengkep acak. vortices ieu megatkeun up jadi nu leuwih leutik - kana malah leutik jeung saterusna. Tungtungna, ampir haseup mixes jeung hawa sabudeureun.

siklus kaayaan nu teu tenang

Conto di luhur téh buku ajar, sarta tina observasi na élmuwan geus dijadikeun conclusions handap:

1. Laminar jeung aliran ngagalura téh probabilistik di alam: transisi tina hiji mode ka sejen teu di persis tempat katuhu, sarta dina, lokasi acak cukup wenang.
2. Kahiji, aya vortices badag anu leuwih badag batan ukuran wisps haseup. Gerak janten unsteady jeung niatna anisotropic. aliran badag jadi teu stabilna sahingga salajengna megatkeun nepi kana leuwih leutik sarta leuwih leutik. Ku kituna, aya hiji hirarki eddies. Énergi gerak ditransferkeun tina badag mun leutik, sarta dina ahir proses ieu disappears - dissipation énergi lumangsung dina skala leutik.
3. aliran ngagalura téh erratic: a vortex tinangtu tiasa dina lengkep acak, tempat unpredictable.
4. Pergaulan haseup jeung hawa ambient henteu lumangsung dina aliran laminar, sarta di ngagalura - pisan intensif.
5. Najan kanyataan yén kaayaan wates anu cicing, éta kaayaan nu teu tenang sorangan ngabogaan fana dibaca di alam - kabeh parameter gas-dinamis ngarobah kana waktu.

Aya milik nu penting lian ti kaayaan nu teu tenang: éta salawasna tilu diménsi. Malah lamun anggap we aliran hiji-dimensi dina pipe atawa wates lapisan dua diménsi masih gerak eddies ngagalura lumangsung dina arah anu tilu koordinat sumbu.

Jumlah Reynolds: rumus

Transisi tina laminar kana kaayaan nu teu tenang dicirikeun ku nu disebut angka Reynolds kritis:

_{Re Cr = (ρuL / μ)} Cr,

mana ρ - dénsitas stream, u - laju aliran ciri; L - ngalir ukuranana ciri, μ - koefisien of viskositas dinamis, Cr - pikeun ku tube kalayan bagian cross sirkular.

Contona, pikeun ngocor kalawan laju u dina pipe L dipaké salaku diaméter pipe. Osborne Reynolds némbongkeun yén dina hal ieu, 2300 Cr <20000. Sumebarna The pisan ageung, ampir mangrupa runtuyan gedena.

Hiji hasil sarupa ieu dicandak dina lapisan wates on wafer nu. Ukuran ciri dicokot salaku jarak ti ujung hareup piring, terus: 3 × 10 ⁵ Cr <4 × 10 ^4. Mun L diartikeun salaku ketebalan tina lapisan wates, anu 2700 Cr <9000. Aya studi eksperimen nu ditémbongkeun yen nilai Re _Cr bisa jadi malah leuwih gede.

Konsep laju perturbation

The laminar jeung aliran cairan ngagalura, sarta sasuai, nilai kritis jumlah Reynolds (Re) gumantung kana angka nu gede ngarupakeun faktor. Ti gradién tekanan nu jangkungna nabrak roughness, inténsitas kaayaan nu teu tenang di aliran éksternal, hawa diferensial, jsb Pikeun genah, ieu faktor agrégat disebut laju perturbation saprak maranéhna boga pangaruh tangtu dina laju aliran. Mun gangguan ieu leutik, éta bisa netep pasukan kentel néangan keur align widang laju. Pikeun perturbations badag aliran nu bisa jadi teu stabil, sarta kaayaan nu teu tenang lumangsung.

Nunjukkeun yen harti fisik jumlah Reynolds - babandingan pasukan inersial jeung pasukan kentel, ambek-ambekan ngalir katutupan ku rumus:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

numerator nyaeta dua kali sirah laju na pembagi - nilai nu geus ti urutan ti stress frictional, upami L dicokot salaku ketebalan tina lapisan wates. tekanan dinamis nuju ngancurkeun kasaimbangan sarta gesekan pasukan ngalawan ieu. Sanajan kitu, eta mah can écés naha gaya inersia (atawa tekanan laju) ngakibatkeun parobahan ngan basa aranjeunna keur aya 1000 kali pasukan leuwih kentel.

Itungan jeung fakta

Sigana mah, leuwih merenah dipaké salaku speed ciri Re _CR teu mutlak aliran laju u, sarta perturbation laju. Dina hal ieu, jumlah Reynolds kritis bakal ngeunaan 10, i.e. nalika exceeding nu gangguan tekanan dinamis stresses kentel leuwih 5 kali aliran laminar kana aliran cairan ngagalura. harti ieu Re nurutkeun sababaraha élmuwan anu ogé dipedar ku handap fakta sacara ékspériméntal dibuktikeun.

Pikeun profil laju sampurna seragam dina permukaan sampurna lemes anu tradisional ditangtukeun ku jumlah Re _Cr nuju ka takterhingga, nyéta, transisi sabenerna lumangsung nepi ka kaayaan nu teu tenang. Di dieu jumlah Reynolds ditangtukeun ku gedena tina perturbation laju sahandapeun nilai kritis, anu sarua nepi ka 10.

Dina ayana kaayaan nu teu tenang jieunan, ngabalukarkeun laju Santika comparable kalawan laju dasar, aliran janten nomer Reynolds ngagalura di leuwih handap ti Re _Cr, ditangtukeun ti nilai mutlak laju. Hal ieu ngamungkinkeun pamakéan koefisien Re _Cr = 10, dimana laju ciri ngarupakeun nilai mutlak tina perturbation laju disababkeun ku alesan luhur.

Stabilitas tina rezim aliran laminar dina jalur pipa

The laminar jeung aliran ngagalura geus ilahar sakabeh tipe cair jeung gas dina rupa kaayaan. Sifat laminar aliran nu aya langka tur dicirikeun, contona, pikeun sempit underground aliran dataran. Leuwih, masalah ieu mangrupa bahan perhatian élmuwan dina konteks aplikasi praktis pikeun transportasi ku cai pipa, minyak, gas jeung cairan séjén.

Q stabilitas aliran laminar téh raket patalina jeung pangajaran kaganggu gerak aliran utama. Ieu kapanggih bisa kapangaruhan ku nu disebut perturbations leutik. Gumantung kana naha maranéhna tumuwuh atanapi diudar jauh kana waktu, aliran dasar nu dianggap stabil atawa teu stabil.

Pikeun cairan compressible teu compressible

Salah sahiji faktor nu mangaruhan kana laminar jeung aliran cairan ngagalura téh compressibility na. sipat cairan Ieu hal penting dina ulikan ngeunaan kuatna prosés non-cicing kalayan robah gancang dina ayeuna primér.

Studi nunjukkeun yén aliran laminar tina hiji cairan incompressible dina tabung nu bagian cylindrical tahan ka axisymmetric sarta non-axisymmetric gangguan relatif leutik dina jangka waktu na spasi.

Anyar, itungan téh dilumangsungkeun dina pangaruh gangguan dina lalawanan aliran axisymmetric dina bagian inlet tina tube cylindrical mana arus utama gumantung dua koordinat. Koordinat sumbu pipa dianggap salaku parameter anu mangaruhan kana profil laju sapanjang radius pipa aliran utama.

kacindekan

Sanajan abad pangajaran, urang teu bisa nyebutkeun yen laminar na ngagalura aliran ieu tuntas diulik. studi eksperimen dina tingkat mikro, ngangkat isu anyar merlukeun hiji itungan leresan reasoned. Sifat panalungtikan nya éta aplikasi tur pamakéan: rébuan sadunya kilometer cai, minyak, gas jeung produk. solusi teknis nu panjang nu ngawanohkeun pikeun ngurangan kaayaan nu teu tenang salila angkutan, beuki efektif eta bakal.