Laminèr ak ajite koule. likid rejim koule

Etidye pwopriyete yo nan likid ak gaz koule trè enpòtan pou endistri a ak itilite piblik yo. laminèr a ak ajite efè koule sou pousantaj nan transpò dlo, lwil oliv, tuyaux gaz natirèl pou divès rezon, afekte paramèt yo ak lòt. Pwoblèm sa yo fè idrodinamik syans.

klasifikasyon

Nan anviwònman an syantifik nan rejim koule likid ak gaz yo divize an de klas trè distenk:

• laminèr (ankr);
• ajite.

Epitou fè distenksyon ant tranzisyon etap yo. Dmeran, tèm "likid la" gen yon siyifikasyon lajè: li kapab enkonpresibl (likid aktyèlman se), yon konpresibl (gaz), konduktif, elatriye ...

istwa ka

Yon lòt Mendeleev nan 1880, yo te lide a nan egzistans la nan de rejim koule opoze eksprime. Pou plis detay sou pwoblèm sa a egzamine fizisyen britanik la ak enjenyè Osborne Reynolds ki ranpli etid la nan 1883. Premyèman, pratikman, ak Lè sa lè l sèvi avèk fòmil li se te jwenn ke nan yon pousantaj koule ba nan transpò likid vin fòm laminèr: kouch (patikil koule) se prèske pa melanje yo epi li deplase ansanm chemen paralèl. Sepandan, apre yo fin leve yon sèten valè kritik (pou kondisyon diferan li se diferan), tit Reynolds Nimewo kondisyon sa yo koule likid yo chanje: koule nan jè vin chaotic toubiyon - dir, ajite. Kòm li te tounen soti, sa yo paramèt yo nan yon sèten mezi nannan ak gaz.

Pratik syantis kalkil angle te montre ke konpòtman an nan, e.g., dlo, se trè depann sou fòm nan ak dimansyon nan tank lan (tiyo, chanèl, kapilè, elatriye), nan ki li ap koule. Nan tiyo gen yon sikilè koup transvèsal (tankou itilize pou aliye kanalizasyon presyon), nimewo Reynolds li yo - fòmil la nan eta a ki kritik se dekri jan sa a: Re: Re = 2300. Yo nan lòd yo louvri kanal la koule nan nimewo a Reynolds se diferan: Re = 900. Pou pi piti valè pou Re se te bay lòd, nan gwo - chaotic.

laminèr koule

Kontrèman ak yon ajite laminèr koule se nati a ak direksyon nan dlo (gaz) ap koule. Yo deplase kouch yo san yo pa melanje ak san yo pa batman. Nan lòt mo, mouvman an pran plas egzakteman menm jan san yo pa so iregilye nan yon direksyon ki presyon ak vitès.

se laminèr koule likid fòme, pou egzanp, nan etwat veso sangen de bagay sa yo k ap viv, plant kapilè yo ak anba kondisyon konparab, nan yon aktyèl la nan likid trè gluan (lwil oliv gaz nan tiyo a). Yo visualized koule nan jè se ase revele yon ti kras tiyo - dlo pral koule tou dousman, respire, san yo pa melanje. Si devise Robeline an nan fen a, presyon nan sistèm ap monte ak koule a ap vin chaotic.

ajite koule

Kontrèman ak yon laminèr, kote patikil vwazen deplase ansanm chemen anpil paralèl, yon koule ajite nan likid se dezord lanati. Si nou sèvi ak apwòch la Lagrange, parcourt yo nan patikil yo ka abitrèman sipèpoze epi konpòte byen paka prevwa. Mouvman nan likid ak gaz nan kondisyon sa yo yo toujou pasajè, ak sa yo paramèt nonstationarities ka gen yon seri trè lajè.

Kòm koule a gaz laminèr nan lajan rejim ajite, ka dwe siveye ke wisps yo egzanp nan lafimen nan yon sigarèt boule nan toujou lè. Okòmansman, patikil yo deplase chemen prèske paralèl chanje nan tan. Lafimen sanble fiks yo. Lè sa a, nan kèk pwen tout nan yon toudenkou gen rmou gwo ki deplase konplètman owaza. vortèks sa kraze moute nan pi piti moun - nan menm ki pi piti ak sou sa. Nan fen a, nòmalman fimen melanje ak lè nan vwazinaj la.

sik tourbiyon

Egzanp lan pi wo a se yon liv, ak soti nan obsèvasyon l 'syantis te fè konklizyon sa yo:

1. Laminèr ak ajite koule yo Probabilistic nan lanati: tranzisyon an soti nan yon mòd nan yon lòt se pa nan egzakteman plas la dwat, ak nan yon jistis abitrè kote, o aza.
2. Premyèman, gen vortèks gwo ki yo se pi gwo pase gwosè a nan wisps lafimen. Mouvman vin iregilye ak fòtman anizotrop. ap koule Gwo vin enstab epi kase moute nan pi piti ak pi piti. Se konsa, gen yon yerachi nan rmou. se enèji a nan mouvman transfere soti nan gwo yo piti, ak nan fen a nan pwosesis sa a disparèt - enèji dissipation fèt nan balans ki piti yo.
3. Ajite koule se iregilye: yon toubiyon patikilye ka nan yon konplètman o aza, kote enprevwayab.
4. Mélange lafimen ak lè anbyen pa pran plas anba koule laminèr, ak nan ajite - se yon bagay ki entansif.
5. Malgre lefèt ke kondisyon sa yo fwontyè yo estasyonè, tourbiyon nan tèt li te gen yon pasajè pwononse nan lanati - tout paramèt gaz-dinamik chanje sou tan.

Gen yon lòt pwopriyete enpòtan nan tourbiyon: li se toujou ki genyen twa dimansyon. Menm si nou konsidere koule yon sèl-dimansyon nan tiyo a oswa ki genyen de dimansyon kouch fwontyè toujou mouvman nan rmou ajite rive nan direksyon yo nan twa kowòdone aks yo.

Reynolds nimewo: fòmil la

Tranzisyon an nan laminèr tourbiyon karakterize pa sa yo rele nimewo a Reynolds kritik:

_{Re cr = (/ μ ρuL)} CR,

kote ρ - dansite kouran, u - to koule karakteristik; L - koule gwosè karakteristik, μ - koyefisyan an nan dinamik viskozite, cr - pou pa yon tib ki gen yon seksyon sikilè kwa.

Pou egzanp, pou yon koule ak vitès u nan L nan tiyo se itilize kòm dyamèt la tiyo. Osborne Reynolds te montre ke nan ka sa a, 2300 cr <20000. Gaye nan se gwo anpil, prèske yon lòd pou nan grandè.

Yon rezilta menm jan an jwenn nan kouch nan fwontyè sou pen plat la. Se gwosè a karakteristik pran kòm distans la soti nan kwen an devan nan plak la, ak Lè sa: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ^4. Si L se defini kòm epesè nan kouch nan fwontyè, 2700 nan cr <9000. Gen etid eksperimantal sa yo ki te montre ke valè a nan Re _cr pouvwa gen menm pi gran.

Konsèp la nan vitès enkyetid

laminèr a ak ajite koule likid, ak kòmsadwa, valè a enpòtan nan nimewo a Reynolds (Re) depann sou yon gwo kantite faktè. Soti nan gradyan nan presyon, wotè nan monte desann brutality, tourbiyon entansite nan koule nan ekstèn, tanperati diferans, elatriye Pou fasilite nou, faktè sa yo total yo rele enkyetid vitès depi yo gen yon enfliyans sèten sou pousantaj la koule. Si twoub sa a se piti, li kapab rete fòs gluan k ap chèche fè aliman jaden an vitès. Pou perturbation gwo nan koule nan ka vin enstab, ak tourbiyon rive.

Etandone ke siyifikasyon an fizik ki gen nimewo a Reynolds - rapò de fòs inèrsyèl ak fòs gluan, resantiman ap koule kouvri pa fòmil la:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

nimeratè a se de fwa tèt la vitès ak denominatè a - valè a se nan lòd la estrès la par, si L se pran kòm epesè nan kouch nan fwontyè. Dinamik presyon gen tandans detwi balans ak friksyon fòs yo opoze sa a. Sepandan, li se klè poukisa fòs yo nan inèsi (oswa vitès presyon) mennen nan chanjman sèlman lè yo 1000 fwa fòs plis gluan.

Kalkil ak fè

Pwobableman, plis yon bon dwe itilize kòm yon vitès karakteristik Re pa _CR absoli koule vitès u, epi enkyetid nan vitès. Nan ka sa a, kritik nimewo a Reynolds pral sou 10, dir lè depase dinamik twoub presyon ensiste yo gluan sou 5 fwa koule nan laminèr nan yon ajite ap koule likid. se definisyon sa a Re selon kèk syantis byen eksplike pa reyalite sa yo èksperimantal pwouve.

Pou se yon pwofil vitès parfe inifòm sou yon sifas ki parfe lis tradisyonèlman detèmine pa nimewo a Re _cr gen tandans fè Infinity, se sa ki, tranzisyon a aktyèlman rive tourbiyon. Isit la se nimewo a Reynolds detèmine pa grandè a vitès la enkyetid anba a valè a kritik, ki se egal a 10.

Nan prezans tourbiyon atifisyèl, sa ki lakòz pousantaj Splash konparab ak pousantaj la debaz yo, koule nan vin ajite nan pi ba anpil Reynolds nimewo pase Re _cr, detèmine nan valè a absoli nan vitès la. Sa a pèmèt itilize nan koyefisyan an Re _cr = 10, kote vitès la karakteristik se valè a absoli nan enkyetid nan vitès ki te koze pa rezon ki fè yo pi wo a.

Estabilite nan rejim nan laminèr koule nan tiyo a

laminèr a ak ajite koule se komen nan tout kalite likid ak gaz anba divès kalite kondisyon. Nati a laminèr nan koule nan se bagay ki ra, epi yo karakterize, pou egzanp, pou etwat sous dlo anba tè plenn. Pi plis, pwoblèm sa a se ki konsène yo nan syantis nan yon kontèks aplikasyon pratik pou transpò nan dlo tiyo, lwil oliv, gaz ak lòt likid.

K laminèr koule estabilite se ak anpil atansyon ki gen rapò ak etid la detounen mouvman nan koule nan prensipal la. Li te jwenn yo dwe afekte pa sa yo rele perturbation yo piti. Tou depan de si wi ou non yo grandi oswa fennen lwen apre yon sèten tan, se koule nan debaz konsidere yo dwe ki estab oswa enstab.

Pou likid konpresibl epi yo pa konpresibl

Youn nan faktè sa yo ki afekte laminèr a ak ajite koule likid se konpresyon li yo. Sa a pwopriyete likid se patikilyèman enpòtan nan etid la nan estabilite a nan pwosesis ki pa estasyonè ak chanjman rapid nan aktyèl la prensipal.

Etid endike ke koule laminèr nan yon likid enkonpresibl nan tib yo nan seksyon an silendrik se rezistan a aksisimetrik ak moun ki pa aksisimetrik latwoublay relativman ti nan tan ak espas.

Dènyèman, kalkil yo te pote soti sou enfliyans nan latwoublay sou rezistans a aksisimetrik koule nan pòsyon Inlet nan tib la silendrik kote aktyèl la prensipal la se depann sou de kowòdone yo. se aks la kowòdone nan tiyo a konsidere kòm paramèt nan ki afekte pwofil la vitès ansanm reyon an nan tiyo a koule prensipal la.

konklizyon

Malgre syèk nan etid, nou pa ka di ke se laminèr ak ajite koule byen etidye. syans eksperimantal sou nivo a mikwo, ogmante pwoblèm nouvo ki egzije yon jistifikasyon kalkil diskite. Nati a nan rechèch se aplikasyon an epi sèvi ak: dè milye nan mond lan nan kilomèt nan dlo, lwil oliv, gaz ak pwodwi. ankò prezante nan solisyon yo yo te teknik pou rediksyon nan tourbiyon pandan transpò, pi efikas nan li yo pral.