Laminar lan aliran sing cepet. Cara mili

Sinau sifat-sifat mili saka cairan lan gas iku penting banget kanggo industri lan layanan komunal. Laminar lan arus turbulent nyebabake kacepetan transportasi banyu, lenga, gas alam liwat saluran pipa saka macem-macem tujuan, mengaruhi parameter liyane. Ilmu hidrodinamika ngatasi masalah kasebut.

Klasifikasi

Ing lingkungan ilmiah, rezim aliran cairan lan gas dibagi dadi loro kelas sing beda:

• Laminar (jet);
• Kaget.

Uga mbedakake tahap transisi. Miturut cara kasebut, istilah "likuid" nduweni arti sing jembar: bisa kasebut incompressible (iku bener cair), kompresibel (gas), konduktif, lan liya-liyane.

Latar mburi

Ing taun 1880 Mendeleyev uga nyatakake ide babagan anané loro regim aliran sing ngelawan. Ahli fisika lan insinyur Inggris Osborne Reynolds sinau babagan iki kanthi luwih rinci, ngrampungake riset ing taun 1883. Kaping pisanan, kanthi praktis, banjur kanthi rumus formula sing didhekake, kanthi kecepatan alir, gerakan cairan njupuk bentuk laminar: lapisan (mili partikel) meh ora dicampur lan pindah bebarengan lintasan paralel. Nanging, sawise ngatasi nilai kritis tartamtu (kanggo kahanan sing beda-beda), disebut nomer Reynolds, rezim aliran flu sing ganti: aliran jet dadi kacau, vorteks - yaiku, turbulent. Minangka ternyata, paramèter iki minangka sebutan khusus kanggo gas.

Perhitungan praktis ilmuwan Inggris nunjukake yen perilaku kasebut, umpamane, banyu, gumantung banget karo wangun lan ukuran reservoir (pipa, saluran, kapiler, dll) ing endi mengalir. Ing pipa sing duwe pipa salib circular (kayata digunakake kanggo pipa tekanan sing dipasangake), nomer Reynolds - rumus negara kritis digambarake ing ngisor iki: Re = 2300. Kanggo aliran ing saluran sing mbukak, nomer Reynolds beda: Re = 900. Ing ngisor Re values, aliran bakal diurut, Ing gedhe - kacau.

Aliran laminar

Bentenane aliran laminar lan aliran turbulen ing alam lan arah aliran banyu (gas). Padha pindhah ing lapisan, ora nyampur lan tanpa pulsasi. Kanthi tembung liyane, gerak kasebut bisa mlaku kanthi seragam, tanpa mundhak meksa sacara acak, arah lan kacepetan.

Fluida aliran laminar dibentuk, umpamane, ing pembuluh getih cilik makhluk urip, capillaries tanduran lan miturut kondisi sing bisa ditrapake, nalika aliran cairan banget viscous (minyak bahan bakar liwat pipa). Kanggo ndeleng visibilitas jet, cukup cukup kanggo mbukak banyu kanthi cepet - banyu bakal mili kanthi tenang, merata, tanpa campuran. Yen tunyuk diuripake ing pungkasan, tekanan ing sistem bakal nambah lan saiki bakal kacau.

Gesekan kacepetan

Sacara kontras karo aliran laminar, ing ngendi partikel-partikel ing panggonan sing cedhak ngetokake lintasan sing sejajar, aliran fluida sing kacilakan ora beraturan. Yen kita nggunakake pendekatan Lagrange, lintasan partikel bisa kanthi sengaja nyedhaki lan ora bisa ditemokake. Gerakan saka cairan lan gas ing kahanan iki tansah nonstationary, lan paramèter nonstationary kasebut bisa nduweni sawetara banget.

Minangka regime aliran laminar saka gas sing dadi gegandhèngan, bisa uga bisa ditemokake kanthi tuladha saka asap rokok sing isih kobong ing udara. Ing wiwitan, partikel-partikel pindhah sakcukupe ing lintasan wektu-invarian. Asap rokok katon ora bisa diobahake. Banjur ing panggonan dumadakan ana gedhe eddies, sing pindhah rampung chaotically. Vortices iki dadi luwih cilik, sing dadi luwih gedhe lan luwih. Ing pungkasan, kumelun bisa dicampur karo hawa njero.

Siklus saka kerusuhan

Contone ing ndhuwur iku buku teks, lan saka observasi para ilmuwan nggawe kesimpulan ing ngisor iki:

1. Aliran laminar lan turbulen nduweni sifat probabilistik: transisi saka siji mode menyang liyane ora kedadeyan ing panggonan sing wis ditemtokake, nanging ing panggonan acak sing ora dituju.
2. Pisanan, vortices gedhe katon, kang ukuran luwih gedhe tinimbang ukuran trickle kumelun. Gerakan iki dadi nonstationary lan kuat anisotropik. Mili gedhe kélangan stabilitas lan ngeculake dadi cilik lan cilik. Mangkono, kabeh hierarki vortices muncul. Energi gerakan sing ditransfer saka gedhe menyang cilik, lan ing pungkasan proses iki ilang - energi dissipation occurs ing skala cilik.
3. Rezim aliran cepet iku acak: siji utawa vortex liya bisa katon ing panggonan sing bisa ditemtokake sacara nyata lan ora bisa ditebaki.
4. Pangopènan kumelun karo udhara sing ambyur ora bisa dumadi ing rezim laminar, lan nalika turbulent, iku banget kuat.
5. Senadyan kasunyatan bilih watesan kasebut minangka stasioner, turbulensi kasebut nduweni karakter nonstationary - kabeh parameter gasdynamik beda-beda kanthi wektu.

Ana liyane penting saka turbulence: iku tansah telung dimensi. Sanajan kita nganggep aliran siji-dimensi ing pipa utawa lapisan watesan rong dimensi, gerak edhisi sing tetep isih mili ing pituduh kabeh sumbu koordinat kabeh.

Nomer Reynolds: rumus

Transisi saka laminaritas menyang kerusuhan ditondoi kanthi nomer Reynolds kritis sing disebut:

Re _cr = (ρuL / μ) _cr,

Where ρ is the density flux, u iku kecepatan aliran karakteristik; L yaiku ukuran aliran karakteristik, μ iku koefisien viskositas dinamis, lan cr yaiku aliran ing pipa karo bagean salib bunder.

Contone, kanggo aliran sing nganggo velocity u ing pipa, diameter pipa digunakake minangka L. Osborne Reynolds nuduhaké yèn ing kasus iki 2300 cr <20000. Penyebarané gedhé banget, meh padha karo urutan gedhéné.

Hasil sing padha ditampa ing lapisan wates ing piring kasebut. Dimensi karakteristik yaiku jarak saka pinggir pinggiran, banjur: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ⁴ . Yen L ditetepake minangka ketebalan lapisan wates, banjur 2700 cr <9000. Ana studi eksperimen sing nuduhake yen re Re bisa luwih gedhe.

Pengertian kecepatan kacepetan

Garis laminar lan turbulen saka cairan, lan kanthi mangkono nilai kritis saka Reynolds number (Re), gumantung marang faktor sing luwih akeh: gradien tekanan, dhuwuré knot roughness, intensitas turbulensi ing arus njaba, beda suhu, lan liya-liyane. Kanggo gampang, faktor total iki uga disebut gangguan kecepatan , Amarga padha duwe efek tartamtu ing kecepatan aliran. Yen gangguan iki cilik, bisa dipateni dening pasukan kental kanggo nyayangke lapangan kecepatan. Kanggo gangguan gedhe, arus bisa ngilangi stabilitas, lan kerusuhan muncul.

Nerangake manawa makna fisik saka nomer Reynolds minangka rasio saka pasukan inersia lan kekuwatan, daya tarik aliran kasebut tundhuk rumus kasebut:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μs (u / L)).

Ing numerator ana kepala velocity sing kaping pindho, lan ing panyebut ana jumlah urutan saka friksional, yen ketebalan lapisan wates dijupuk minangka L. Tekanan kacepetan dhuwur cenderung numpes keseimbangan, lan pasukan gesekan bisa ngatasi iki. Nanging, ora cetha sebabe pasukan inersia (utawa kepala dhuwur kecepatan) mung bisa mlebu nalika 1000 kali luwih gedhe tinimbang kekuatan viskositas.

Pengkompilan lan fakta

Mangkono, bakal luwih trep kanggo digunakake minangka kecepatan karakteristik ing Re _cr ora kecepatan aliran absolut, nanging gangguan kecepatan. Ing kasus iki, nomer Reynolds kritis bakal dadi urutan 10, yaiku, yen sirah kecepatan ngluwihi tegangan lentur kanthi faktor 5, aliran laminar saka cairan mili dadi siji turbulent. Re definisi iki ing pendapat saka sawetara ilmuwan nerangake uga bukti eksperimen sing dikonfirmasi ing ngisor iki.

Kanggo profil kacepetan sing ideal ing lumahing becik sing becik, nomer sing ditemtokake sacara tradisional kasebut cenderung tanpa wates, yaiku ora ana transisi kanggo turbulensi. Nanging nomer Reynolds, sing ditemtokake kanthi magnitudo saka kacepetan kecepatan kurang saka sing kritis, sing padha karo 10.

Ing ngarsane turbulators artifisial, sing nyebabake kacepetan sing cocog karo kecepatan utama, aliran kasebut dadi turbulent ing angka-angka sing luwih rendah saka nomer Reynolds saka Re _cr , sing ditemtokake saka nilai absolut saka kecepatan. Iki ngidini kita nggunakake nilai koefisien Re _cr = 10, endi nilai gangguan kecepatan absolut, sing disebabake alasan kasebut ing ndhuwur digunakake minangka kecepatan karakteristik.

Stabilitas aliran laminar ing pipa

Laminar lan aliran turbulen khas kanggo kabeh jinis cairan lan gas ing kondisi sing beda. Ing alam, aliran laminar arupa langka lan khas, contone, kanggo ngasilake lemah ing kondisi sing rata. Luwih luwih masalah iki disebabake dening para ilmuwan ing konteks aplikasi praktis kanggo ngeterake banyu, lenga, gas lan cairan teknis liyane liwat pipelines.

Kestabilan aliran laminar rapet banget karo diselidiki saka gerakan sing gegayutan karo aliran utama. Wis ditemtokake manawa wis ditindakake tumindak sing diarani gangguan cilik. Gumantung manawa umume utawa tuwuh kanthi wektu, arus utama dianggep stabil utawa ora stabil.

Aliran saka cuwèran compressible lan non-compressible

Salah sawijining faktor sing nggayuh aliran laminar lan turbulen saka fluida yaiku kompresibilitas. Properti sawijining cairan iku penting banget kanggo nyinaoni stabilitas proses nonstationary kanthi owah-owahan cepet ing aliran fundamental.

Studi nuduhake yen aliran laminar saka cairan ora pasah ing tabung silinder stabil kanggo gangguan axisymmetric lan non-axisymmetric sing relatif cilik ing wektu lan papan.

Saiki, kalkulasi wis diasilake ing efek saka gangguan axisymmetric babagan stabilitas aliran ing bagean inlet saka tabung silinder, ing ngendi aliran utama gumantung marang rong koordinat. Koordinat ing sadawane pipo pipa dianggep minangka parameter ing ngendi profil kecepatan gumantung marang radius pipa aliran utama.

Kesimpulan

Senadyan abad-abad sinau, ora bisa diarani loro aliran laminar lan ngetung kanthi bener sinau. Panaliten eksperimental ing tingkat mikro nuduhake pitakonan anyar sing mbutuhake alasan pemikiran. Sifat riset uga nggunakake praktis: ewu kilometer banyu, lenga, gas, lan pipa produk sing dilebokake ing jagad. Solusi sing luwih teknis kanggo ngurangi kerusuhan nalika transportasi, luwih efektif.