Laminar na misukosuko kati yake. mtiririko serikali maji

Kusoma mali wa kimiminika na gesi kati yake ni muhimu sana kwa ajili ya sekta na huduma za umma. laminar na mtiririko athari turbulent maji cha usafiri, mafuta, gesi asilia mabomba kwa madhumuni mbalimbali, huathiri vigezo vingine. Matatizo haya kufanya sayansi hydrodynamics.

uainishaji

Katika mazingira ya kisayansi wa serikali maji kati yake na gesi ni kugawanywa katika makundi mawili tofauti sana:

• laminar (Inkjet);
• misukosuko.

Pia kutofautisha hatua ya mpito. Kwa bahati mbaya, neno "maji" ina maana pana: inaweza kuwa incompressible (maji kweli ni), compressible (gesi), conductive, nk ...

historia ya kesi

Mwingine Mendeleev mwaka 1880 wazo la kuwepo kwa mbili serikali kinyume mtiririko ilielezwa. Kwa maelezo zaidi kuhusu suala hili kuchunguzwa mwanafizikia Uingereza na mhandisi Osborne Reynolds waliomaliza masomo katika 1883. Kwanza, kivitendo, na kisha kutumia formula ni kupatikana kuwa katika kiwango cha chini mtiririko wa usafiri kioevu inakuwa laminar aina: tabaka (chembe kati yake) ni karibu si kuchanganya na hoja pamoja njia sambamba. Hata hivyo, baada ya kuachana na baadhi ya thamani muhimu (kwa ajili ya hali tofauti ni tofauti), cheo Reynolds idadi ya hali ya maji kati yake ni iliyopita: kati yake ndege inakuwa machafuko vortex - yaani, misukosuko. Kama aligeuka, vigezo hivi ni kwa kiasi fulani ya asili na gesi.

Vitendo Kiingereza mwanasayansi hesabu ilionyesha kuwa tabia za, kwa mfano, maji, ni hutegemea sana sura na vipimo ya tank (mabomba, njia, mishipa ya damu, nk), ambapo unapita. Katika mabomba ya kuwa mviringo msalaba sehemu (kama kutumika kwa ajili ya shinikizo inayozidi kuongezeka ya kusambaza), yake Reynolds idadi - formula ya hali muhimu ni maelezo kama ifuatavyo: Re = 2300. Kwa mtiririko juu ya wazi channel Reynolds idadi nyingine: Re = 900. Wakati maadili ndogo bila Re ni amri, kwa jumla - machafuko.

laminar mtiririko

Tofauti na laminar mtiririko misukosuko ni asili na mwelekeo wa maji (gesi) mtiririko. Wao hoja tabaka bila kuchanganya na bila pulsations. Kwa maneno mengine, harakati unafanyika kwa usawa bila anaruka zisizokuwa na uhakika katika mwelekeo shinikizo na kasi.

Laminar maji kati yake ni sumu, kwa mfano, katika nyembamba ya mishipa ya damu ya viumbe hai, mimea capillaries na katika hali kulinganishwa, katika ya sasa ya majimaji KINATACHO sana (mafuta ya mafuta kwa njia ya bomba). Taswira mtiririko ndege inatosha kudhihirisha bomba kidogo - maji kati yake kimya, sawasawa, bila kuchanganya. Kama unscrew spigot hadi mwisho, mfumo shinikizo kupanda na mtiririko itakuwa machafuko.

misukosuko kati yake

Tofauti na laminar, ambapo jirani chembe hoja pamoja njia kikubwa sambamba, mtiririko misukosuko ya maji ni zisizo na taratibu asili. Kama sisi kutumia mbinu Lagrange, trajectories wa chembechembe anaweza kiimla kuingiliana na kuishi kabisa kutarajiwa. Movement wa kimiminika na gesi katika hali hii daima ya muda mfupi, pamoja na mkataba huo nonstationarities unaweza kuwa mbalimbali sana.

Kama laminar gesi kati yake ndani ya misukosuko serikali mapato, inaweza kufuatiliwa na mfano wisps ya moshi wa sigara moto katika bado hewa. Awali, chembe hoja njia karibu sambamba bila kubadilika katika wakati. Moshi inaonekana kudumu. Kisha wakati fulani kwa ghafla kuna watu eddies kubwa kwamba hoja kabisa nasibu. vortices haya kuvunja katika madogo - katika hata ndogo na kadhalika. Mwishowe, karibu moshi miseto na hewa jirani.

mzunguko msukosuko

mfano hapo juu ni kitabu, na kutoka utafiti wake wanasayansi kuwa alifanya hitimisho ifuatayo:

1. Laminar na misukosuko kati yake ni ya kubahatisha katika asili: mpito kutoka mode moja hadi nyingine si katika mahali hasa haki, na katika haki holela, eneo maalum.
2. Kwanza, kuna vortices kubwa ambayo ni kubwa kuliko ukubwa wa wisps ya moshi. Movement inakuwa unsteady na nguvu anisotropic. mtiririko kubwa kuwa imara na kuvunja katika na ndogo ndogo. Kwa hivyo, kuna uongozi wa eddies. nishati ya harakati huhamishwa kutoka kubwa na ndogo, na mwisho wa mchakato hii hutoweka - nishati itawaangamiza hutokea katika mizani ndogo.
3. Msukosuko mtiririko ni zisizokuwa na uhakika: vortex fulani inaweza kuwa katika random kabisa, mahali haitabiriki.
4. Kuchanganya moshi na hewa iliyoko hautokei chini ya laminar kati yake, na katika misukosuko - ni kubwa sana.
5. Licha ya ukweli kwamba hali ya mipaka ni stationary, msukosuko yenyewe ina muda mfupi hutamkwa katika asili - vigezo vyote gesi-nguvu mabadiliko ya muda.

Kuna mali nyingine muhimu ya turbulens: ni daima pande tatu. Hata kama tunaona mwelekeo mmoja mtiririko katika bomba au pande mbili safu ya mpaka bado mwendo wa eddies misukosuko kutokea katika pande tatu kuratibu shoka.

Reynolds simu: formula

mpito kutoka laminar kwa msukosuko sifa ya kinachojulikana muhimu Reynolds simu:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

ambapo ρ - wiani mkondo, u - kiwango cha kati ya tabia; L - mtiririko tabia kawaida, μ - mgawo wa mnato nguvu, cr - kwa njia ya bomba wakati wa raundi ya msalaba sehemu.

Kwa mfano, kwa mtiririko na kasi u katika bomba L hutumika kama kipenyo bomba. Osborne Reynolds ilionyesha kuwa katika kesi hii, 2300 cr <20000. Kuenea ni kubwa sana, karibu amri ya kiwango.

matokeo sawa hupatikana katika safu ya mipaka ya kaki. ukubwa tabia ni kuchukuliwa kama umbali kutoka makali ya mbele ya sahani, na kisha 3 × ¹⁰ Mei cr <4 x ¹⁰ Aprili. Kama L hufafanuliwa kama unene wa safu ya mpaka, 2700 cr <9000. Kuna tafiti majaribio ambavyo wameonyesha kuwa thamani ya Re _cr inaweza kuwa hata zaidi.

dhana ya kasi perturbation

laminar na turbulent maji kati yake, na ipasavyo, thamani muhimu ya Reynolds idadi (Re) inategemea idadi kubwa ya sababu Kutoka gradient shinikizo, urefu wa matuta Ukwaru, turbulens nguvu mtiririko wa nje, tofauti joto, nk Kwa urahisi, sababu hizi kwa jumla ya mabao zinaitwa perturbation kasi. kwa kuwa na ushawishi fulani kwenye kiwango cha kati. Kama usumbufu huu ni ndogo, inaweza makazi vikosi KINATACHO wanaotaka align shamba kasi. Kwa usumbufu mkubwa wa mtiririko unaweza kuwa imara, na turbulens hutokea.

Kutokana na kwamba maana ya kimwili ya Reynolds idadi - uwiano wa vikosi inertial na vikosi KINATACHO, chuki mtiririko kufunikwa na formula:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

kadiri ni mara mbili kasi ya kichwa na denominator - thamani ya kitu ya amri ya dhiki msuguano, kama L ni kuchukuliwa kama unene wa safu ya mipaka. shinikizo Dynamic huelekea kuharibu usawa na msuguano vikosi kupinga hili. Hata hivyo, ni wazi kwa nini majeshi ya Inertia (au shinikizo kasi) kusababisha mabadiliko tu wakati wao ni mara 1000 vikosi zaidi KINATACHO.

Hesabu na ukweli

Pengine, itakuwa rahisi zaidi kutumia kama kasi tabia katika Re _CR si kamili kati yake kasi u, na kasi perturbation. Katika hali hii, muhimu Reynolds idadi itakuwa 10, yaani wakati mno nguvu shinikizo usumbufu KINATACHO mifadhaiko zaidi ya mara 5 kati yake laminar katika misukosuko mtiririko maji. Ufafanuzi huu Re kulingana na baadhi ya wanasayansi ni vizuri alielezea kwa kufuata ukweli kimajaribio kuthibitika.

Kwa kikamilifu sare kasi ya wasifu kwenye uso kikamilifu laini ni jadi kuamua na idadi Re _cr huelekea infinity, ambayo ni, mpito kweli hutokea kwa turbulens. Hapa idadi Reynolds imedhamiria kwa ukubwa wa perturbation kasi chini ya thamani muhimu, ambayo ni sawa na 10.

Mbele ya msukosuko bandia, na kusababisha kiwango cha Splash kulinganishwa na kiwango cha msingi, mtiririko inakuwa turbulent katika kiasi ya chini idadi Reynolds ya Re _cr, kubuniwa kutokana thamani kamili ya kasi. Hii inaruhusu matumizi ya mgawo Re _cr = 10, ambapo kasi wa kawaida ni thamani kamili ya perturbation kasi kutokana na sababu za hapo juu.

Utulivu wa serikali laminar mtiririko katika bomba

Laminar Msukosuko mtiririko ni ya kawaida kwa aina zote za vinywaji na gesi katika hali mbalimbali. laminar asili ya mtiririko ni nadra na ni sifa, kwa mfano, kwa ajili ya nyembamba chini ya ardhi mito tambarare. Mengi zaidi, suala hili ni ya wasiwasi ya wanasayansi katika mazingira ya matumizi halisi kwa ajili ya usafirishaji na maji ya bomba, mafuta, gesi na maji maji mengine.

Q laminar mtiririko utulivu ni karibu kuhusiana na utafiti kusumbuliwa mwendo wa mtiririko kuu. Ilibainika kuathiriwa na kile kinachoitwa usumbufu kidogo. Kulingana na kama kukua au vififie baada ya muda, kati yake ya msingi ni kuchukuliwa kuwa imara au kutokuwa thabiti.

Kwa maji maji compressible na si compressible

Moja ya mambo yanayoathiri laminar na turbulent maji kati yake ni mgandamizo wake. Mali hii maji ni muhimu sana katika utafiti wa utulivu wa taratibu zisizo stationary na mabadiliko ya haraka katika sasa msingi.

Tafiti zinaonyesha kwamba laminar mtiririko wa maji incompressible katika mirija ya sehemu cylindrical ni sugu kwa axisymmetric na yasiyo ya axisymmetric misukosuko ndogo katika muda na nafasi.

Hivi karibuni, hesabu zinafanywa juu ya ushawishi wa misukosuko ya axisymmetric kati yake upinzani katika ghuba ya sehemu ya silinda tube ambapo sasa kuu unategemea viwianishi mbili. kuratibu mhimili wa bomba ni kuchukuliwa kama kigezo inayoathiri kasi profile pamoja Radius ya mtiririko mabomba kuu.

hitimisho

Pamoja karne ya utafiti, hatuwezi kusema kwamba laminar na turbulent mtiririko ni vizuri alisoma. masomo ya majaribio katika ngazi ndogo, kuongeza masuala mapya wanaohitaji hoja hesabu haki. asili ya utafiti ni matumizi na matumizi: maelfu duniani wa kilomita za maji, mafuta, gesi, bidhaa. tena ilianzisha ufumbuzi wa kiufundi kwa ajili ya kupunguza msukosuko wakati usafiri, ufanisi zaidi itakuwa.