Ლამინირებული და მღელვარე ნაკადი. სითხის ნაკადის რეჟიმები

სწავლა თვისებები სითხეები და გაზები ნაკადი არის ძალიან მნიშვნელოვანი ინდუსტრიის და კომუნალური. ლამინარული და მღელვარე ნაკადი ეფექტი წყლის ტრანსპორტი კურსი, ნავთობის, ბუნებრივი აირის მილსადენები სხვადასხვა მიზნებისათვის, გავლენას ახდენს სხვა პარამეტრებს. ეს პრობლემებს მეცნიერების ჰიდროდინამიკა.

კლასიფიკაცია

სამეცნიერო გარემოს სითხის ნაკადის რეჟიმების და გაზები იყოფა ორ ძალიან მკაფიო კატეგორიები:

• ლამინარული (ჭავლური);
• მღელვარე.

ასევე გამოირჩეოდნენ გარდამავალ ეტაპზე. სხვათა შორის, ტერმინი "თხევადი" აქვს ფართო მნიშვნელობა: ეს შეიძლება იყოს incompressible (თხევადი რეალურად არის), რომელიც compressible (გაზი), გამტარ და ა.შ. ...

შემთხვევაში ისტორია

კიდევ ერთი მენდელეევის 1880 იდეას არსებობის ორი საპირისპირო ნაკადი რეჟიმების გამო. დამატებითი დეტალები ამ საკითხთან დაკავშირებით შეისწავლა ბრიტანელი ფიზიკოსი და ინჟინერი Osborne Reynolds რომელმაც დაასრულა კვლევა 1883 წელს. პირველ რიგში, პრაქტიკულად, და შემდეგ გამოყენებით ფორმულები აღმოჩნდა, რომ დაბალ დანახარჯი თხევადი სატრანსპორტო ხდება ლამინარული ფორმა: ფენების (ნაწილაკების ნაკადი) თითქმის არ აურიეთ და გადაადგილება პარალელური ბილიკები. თუმცა, მას შემდეგ დაძლევის გარკვეული კრიტიკული მნიშვნელობა (სხვადასხვა პირობებში ეს არის სხვადასხვა), სათაური Reynolds ნომერი თხევადი ნაკადის პირობები შეიცვალა: გამანადგურებელი ნაკადი ხდება ქაოტური vortex - ანუ, მღელვარე. როგორც აღმოჩნდა, ამ პარამეტრების გარკვეულწილად თანდაყოლილი და აირები.

პრაქტიკული ინგლისური მეცნიერი გათვლებით აჩვენა, რომ ქცევის, მაგალითად, წყალი, დიდად არის დამოკიდებული ფორმა და ზომები სატანკო (მილები, არხები, capillaries, და ა.შ.), რომელშიც იგი მიედინება. მილები, რომელსაც მრგვალი ჯვარი განყოფილების (მაგალითად გამოყენებული ზეწოლის piping), მისი რეინოლდსის რიცხვი - ფორმულა კრიტიკული სახელმწიფო აღწერილია შემდეგნაირად: Re = 2300. იმისათვის, რომ გახსნათ ნაკადი არხი რეინოლდსის რიცხვი არის სხვადასხვა: Re = 900. მცირე ღირებულებების Re უბრძანა, დიდი - ქაოტური.

ლამინირებული ნაკადი

განსხვავებით ლამინირებული ნაკადი მღელვარე ბუნება და მიმართულებით წყალი (გაზის) მიედინება. ისინი გადაადგილება ფენების გარეშე შერევით და გარეშე pulsations. სხვა სიტყვებით, მოძრაობა ხდება ერთნაირად გარეშე არაეთიკური jumps ზეწოლის მიმართულება და სიჩქარე.

ლამინირებული სითხის ნაკადის იქმნება, მაგალითად, ვიწრო სისხლძარღვების ცოცხალ, მცენარეთა capillaries და ქვეშ შესადარებელი პირობებში, მიმდინარე ძალიან ბლანტი სითხე (საწვავის მეშვეობით მილსადენი). ვიზუალურად jet ხარჯი საკმარისია გამოვლენა პატარა სტეპის - წყალი შემოვა მშვიდად, თანაბრად, არ ერევა. თუ unscrew spigot ბოლომდე, სისტემის ზეწოლა გაიზრდება და ნაკადის გახდება ქაოტური.

მღელვარე ნაკადი

განსხვავებით ლამინარული, სადაც მეზობელ ნაწილაკების გადაადგილება გასწვრივ არსებითად პარალელურად ბილიკები, მღელვარე ნაკადი სითხის არეული ბუნება. თუ ჩვენ ვიყენებთ Lagrange მიდგომა, ტრაექტორიების ნაწილაკების შეიძლება თვითნებურად გადახურვა და იქცევიან საკმაოდ არაპროგნოზირებადი ხდება. მოძრაობა სითხეები და გაზები ამ პირობებში ყოველთვის გარდამავალი, ამ პარამეტრებით nonstationarities შეიძლება ჰქონდეს ძალიან ფართო სპექტრი.

როგორც ლამინარული გაზის ნაკადის მღელვარე რეჟიმი აგრძელებს, შეიძლება მონიტორინგი მაგალითზე wisps კვამლის იწვის სიგარეტის ჯერ კიდევ ჰაერში. თავდაპირველად, ნაწილაკების გადაადგილება თითქმის პარალელურად ბილიკები უცვლელი დროს. მოწევა, როგორც ჩანს, დაფიქსირდა. შემდეგ რაღაც ეტაპზე უეცრად არსებობს დიდი eddies რომ გადაადგილება სრულიად შემთხვევით. ეს vortices გაწყვეტის შევიდა პატარა პირობა - შევიდა კიდევ უფრო მცირე და ასე შემდეგ. და ბოლოს, პრაქტიკულად ვეწევი მიქსები მიმდებარე საჰაერო.

turbulence ციკლის

ზემოთ მოყვანილი მაგალითი არის სახელმძღვანელო, და მისი დაკვირვებები მეცნიერები არ გააკეთა შემდეგი დასკვნები:

1. ლამინირებული და მღელვარე ნაკადი ვართ ალბათური ხასიათის: გადასვლას ერთი რეჟიმი სხვა არ არის ზუსტად სწორი ადგილი, და საკმაოდ თვითნებური, შემთხვევითი ადგილას.
2. პირველ რიგში, არსებობს დიდი vortices რომ უფრო დიდია, ვიდრე ზომის ფრაგმენტები მოწევა. მოძრაობა მოირყევა და კატეგორიულად ანიზოტროპული. დიდი ნაკადების გახდეს არასტაბილური და გაწყვეტის პატარა და პატარა. ამდენად, არ არის იერარქიაში eddies. ენერგეტიკის მოძრაობა გადადის დიდი მცირე და ბოლოს ეს პროცესი ქრება - ენერგიის გაფრქვევა ხდება მცირე მასშტაბით.
3. მღელვარე ნაკადი არის არაეთიკური: კონკრეტული vortex შეიძლება იყოს სრულიად შემთხვევითი, არაპროგნოზირებადი ადგილი.
4. შერევით მოწევა ერთად ატმოსფერულ ჰაერში არ გაიმართება ქვეშ ლამინირებული ნაკადი, და მღელვარე - ძალიან ინტენსიური.
5. მიუხედავად იმისა, რომ სასაზღვრო პირობების სტაციონარული, ტურბულენტობის თავად აქვს გამოხატული გარდამავალი ხასიათისაა - ყველა გაზის დინამიკური პარამეტრების შეიცვლება დროთა განმავლობაში.

არსებობს კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ქონება turbulence: ის ყოველთვის სამგანზომილებიანი. მაშინაც კი, თუ გავითვალისწინებთ, ერთი განზომილებიანი ნაკადი მილის ან ორგანზომილებიანი სასაზღვრო ფენის კვლავ მოძრაობის მღელვარე eddies მოხდეს მიმართულებით სამი კოორდინაცია ღერძი.

Reynolds ნომერი: ფორმულა

გადასვლას ლამინარული to turbulence ახასიათებს ე.წ. კრიტიკული Reynolds ნომერი:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

სადაც ρ - სიმჭიდროვე ნაკადი, u - დანახარჯი დამახასიათებელი; L - შემოვა დამახასიათებელი ზომა, μ - კოეფიციენტი დინამიური სიბლანტე, cr - მიერ მილის მრგვალი ჯვარი მონაკვეთზე.

მაგალითად, ნაკადის სიჩქარის u მილის L გამოიყენება მილის დიამეტრი. Osborne Reynolds აჩვენა, რომ ამ შემთხვევაში, 2300 cr <20000. გავრცელებული არის ძალიან დიდი, თითქმის ბრძანებით მასშტაბები.

მსგავსი შედეგია მიღებული სასაზღვრო ფენის ვაფლის. დამახასიათებელი ზომა არის აღებული, როგორც დაშორება წინა კიდეზე დისკო, შემდეგ კი 3 × ¹⁰ მაისი cr <4 × ¹⁰ აპრილი. თუ L განისაზღვრება, როგორც სისქე საზღვრის ფენა, 2700 cr <9000. არსებობს ექსპერიმენტული კვლევების აჩვენა, რომ ღირებულება Re _cr შეიძლება კიდევ უფრო დიდი.

კონცეფცია სიჩქარე perturbation

ლამინარული და ტურბულენტური სითხის ნაკადის და, შესაბამისად, კრიტიკული ღირებულება Reynolds ნომერი (რე) დამოკიდებულია დიდი რაოდენობით ფაქტორები. მდებარეობა წნევის გრადიენტის, სიმაღლე მუწუკები roughness, turbulence ინტენსივობის გარე ნაკადი, დიფერენციალური ტემპერატურა და ა.შ. მოხერხებულობის, ეს საერთო ფაქტორი მოუწოდა შეშფოთების სიჩქარე მას შემდეგ, რაც მათ აქვთ გარკვეული გავლენა დანახარჯი. თუ ეს არეულობა არის პატარა, ეს შეიძლება დასახლდნენ ბლანტი ძალები ეძებს გასწორება სიჩქარე სფეროში. დიდი შეშფოთებებს ნაკადის შეიძლება გახდეს არასტაბილური და turbulence ხდება.

იმის გათვალისწინებით, რომ ფიზიკური მნიშვნელობით რეინოლდსის რიცხვი - თანაფარდობა ინერციული ძალების და ბლანტი ძალები, უკმაყოფილებას ნაკადების დაფარული ფორმულით:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

მრიცხველი არის ორჯერ სიჩქარე უფროსი და მნიშვნელი - ღირებულება არის ბრძანებით frictional სტრესი, თუ L არის აღებული, როგორც სისქე სასაზღვრო ფენის. დინამიური წნევის აპირებს გაანადგუროს ბალანსი და ხახუნის ძალების ეწინააღმდეგებიან ამ. თუმცა, გაუგებარია, რატომ ძალების ინერცია (ან სიჩქარე წნევა) გამოიწვიოს ცვლილებები მხოლოდ მაშინ, როდესაც ისინი 1000-ჯერ უფრო ბლანტი ძალები.

გათვლები და ფაქტები

ალბათ, უფრო მოხერხებულად იქნას გამოყენებული როგორც დამახასიათებელი სიჩქარე Re _Cr არ არის აბსოლუტური ნაკადის სიჩქარის u, და სიჩქარე perturbation. ამ შემთხვევაში, კრიტიკული Reynolds ნომერი იქნება 10, ანუ, როდესაც აღემატება დინამიური წნევის დარღვევა ბლანტი ხაზს უსვამს, 5-ჯერ ლამინარული ნაკადის მღელვარე სითხის ნაკადების. ეს განმარტება Re ცალკეულ მეცნიერთა კარგად ახსნა ექსპერიმენტულად დადასტურებული ფაქტები.

სრულყოფილად ერთიანი სიჩქარე პროფილი იდეალურად გლუვი ზედაპირი ტრადიციულად განისაზღვრება რაოდენობის Re _cr ტენდენცია infinity, რომ არის, გარდამავალი რეალურად ხდება turbulence. აქ რეინოლდსის რიცხვი განისაზღვრება მასშტაბები შეშფოთების სიჩქარის ქვემოთ კრიტიკული მნიშვნელობა, რომელიც უდრის 10.

თანდასწრებით ხელოვნური turbulence, რამაც splash განაკვეთი ჩამოუვარდება ძირითადი კურსი, ნაკადი ხდება მღელვარე გაცილებით დაბალია Reynolds ნომრები, ვიდრე Re _cr, განისაზღვრება მოდულს სიჩქარე. ეს საშუალებას იძლევა გამოყენების კოეფიციენტი Re _cr = 10, სადაც დამახასიათებელი სიჩქარე არის აბსოლუტური ღირებულება სიჩქარე perturbation გამოწვეული აღნიშნული მიზეზების გამო.

სტაბილურობა ლამინირებული ნაკადი რეჟიმის მილსადენის

ლამინარული და მღელვარე ნაკადი საერთო ყველა სახის სითხე და აირები ქვეშ სხვადასხვა პირობებში. ლამინარული ბუნების ნაკადი იშვიათი და ხასიათდება, მაგალითად, ვიწრო მიწისქვეშა ნაკადს ვაკეზე. ბევრად უფრო, რომ ეს საკითხი არის შეშფოთების მეცნიერთა კონტექსტში პრაქტიკული გამოყენების ტრანსპორტირების მილსადენით წყლის, ნავთობის, გაზის და სხვა სითხეები.

Q ლამინირებული ნაკადი სტაბილურობის მჭიდროდ არის დაკავშირებული სასწავლო შეძრა მოძრაობის ძირითადი ნაკადი. აღმოჩნდა, რომ დაზარალებული ე.წ. მცირე შეშფოთებების. დამოკიდებულია თუ არა ისინი იზრდება ან ქრებოდა მოშორებით დროთა განმავლობაში, ძირითადი ნაკადი ითვლება სტაბილური და არასტაბილური.

იყიდება compressible და არა compressible სითხეები

ერთ-ერთი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ლამინარული და ტურბულენტური სითხის ნაკადის მისი შეკუმშვის. ეს სითხე ქონება განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია შესწავლა სტაბილურობის არასტაციონარული პროცესების სწრაფი ცვლილება პირველადი მიმდინარე.

კვლევები მიუთითებს, რომ ლამინირებული ნაკადი საქართველოს incompressible სითხის მილები ცილინდრული ნაწილის მდგრადია შედარებით მცირე axisymmetric და არასამთავრობო axisymmetric დარღვევები დროსა და სივრცეში.

ცოტა ხნის წინ, გათვლები ხორციელდება გავლენის დარღვევები წლის axisymmetric ნაკადის წინააღმდეგობის შესასვლელი ნაწილი ცილინდრული მილის, სადაც მთავარი მოქმედი არის დამოკიდებული ორი კოორდინატები. კოორდინატთა ღერძი მილის განიხილება, როგორც პარამეტრი, რომელიც გავლენას ახდენს სიჩქარის ნახვა გასწვრივ რადიუსში მთავარი ნაკადის მილსადენი.

დასკვნა

მიუხედავად იმისა, რომ საუკუნეების განმავლობაში სასწავლო, ჩვენ არ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ლამინარული და ტურბულენტური ნაკადის შესწავლილი. ექსპერიმენტული კვლევების მიკრო დონეზე, დააყენოს ახალი საკითხები მოითხოვს დასაბუთებული გაანგარიშება გამართლება. ბუნება კვლევის პროგრამა და გამოყენება: მსოფლიოს ათასობით კილომეტრის წყლის, ნავთობის, გაზის და პროდუქტი. აღარ გააცნო ტექნიკური გადაწყვეტილებების შემცირების turbulence დროს ტრანსპორტის, უფრო ეფექტური იქნება.