Laminaidd a llif cythryblus. cyfundrefnau llif hylif

Astudio priodweddau hylifau a nwyon llif yn bwysig iawn ar gyfer y diwydiant a chyfleustodau cyhoeddus. Mae'r laminaidd ac effaith llif cythryblus ar y gyfradd cludiant dŵr, olew, pibellau nwy naturiol ar gyfer gwahanol ddibenion, yn effeithio ar y paramedrau eraill. Mae'r problemau hyn yn gwneud hydrodynameg gwyddoniaeth.

dosbarthiad

Yn yr amgylchedd gwyddonol o gyfundrefnau llif hylif a nwyon yn cael eu rhannu'n ddau ddosbarth unigryw iawn:

• laminaidd (inkjet);
• aflonydd.

Hefyd gwahaniaethu cyfnod trosiannol. Gyda llaw, mae'r term "hylif" ystyr eang: gall fod yn incompressible (hylif mewn gwirionedd), a cywasgadwy (nwy), dargludol, ac ati ...

hanes yr achos

Mendeleev arall yn 1880 y syniad o fodolaeth dwy drefn llif gyferbyn Mynegwyd. Am fwy o fanylion ar y mater hwn yn archwilio'r ffisegydd Prydain a pheiriannydd Osborne Reynolds a gwblhaodd yr astudiaeth yn 1883. Yn gyntaf, yn ymarferol, ac yna defnyddio fformiwlâu gwelir bod ar gyfradd llif isel o drafnidiaeth hylif yn dod yn ffurflen laminaidd: haenau (llif gronyn) bron yn Nid yw cymysgu a symud ar hyd llwybrau cyfochrog. Fodd bynnag, ar ôl goresgyn gwerth critigol (ar gyfer cyflyrau gwahanol ei fod yn wahanol), teitl rhif Reynolds amodau llif hylif yn cael eu newid: llif jet yn dod yn fortecs anhrefnus - hy, terfysglyd. Fel y mae'n troi allan, y paramedrau hyn i ryw raddau cynhenid a nwyon.

Dangosodd cyfrifiadau gwyddonydd Saesneg Ymarferol bod ymddygiad, ee, dŵr, yn dibynnu'n fawr ar siâp a dimensiynau tanc (pibellau, sianelau, capilarïau, ac ati), lle mae'n llifo. Mewn pibellau cael croestoriad cylchlythyr (o'r fath a ddefnyddir ar gyfer gosod pibellau pwysau), ei rif Reynolds - y fformiwla o gyflwr critigol yn cael ei ddisgrifio fel a ganlyn: Re = 2300. Er mwyn agor y sianel llif y rhif Reynolds yn wahanol: Re = 900. Ar gyfer gwerthoedd llai ar gyfer Re gorchmynnir, yn gyffredinol - di-drefn.

llif laminaidd

Yn wahanol i cythryblus llif laminaidd yw natur a chyfeiriad dŵr (nwy) yn llifo. Maent yn symud yr haenau heb gymysgu a heb Pulsations. Mewn geiriau eraill, y mudiad yn digwydd unffurf heb neidiau anghyson yn y cyfeiriad pwysau a chyflymder.

llif hylif laminaidd ei ffurfio, er enghraifft, mewn cul pibellau gwaed o bethau byw, planhigion capilarïau ac o dan amodau tebyg, ar hyn o bryd o hylifau gludiog iawn (olew tanwydd drwy biblinell). I ddelweddu llif jet yn ddigonol i ddatgelu ychydig tap - bydd dŵr yn llifo yn dawel, yn gyfartal, heb gymysgu. Os ddadsgriwio y spigot hyd y diwedd, bydd y pwysau system yn codi a bydd y llif yn dod yn ddi-drefn.

llif cythryblus

Yn wahanol i laminaidd, wherein gronynnau cyfagos yn symud ar hyd llwybrau sylweddol cyfochrog, llif cythryblus o hylif yn natur anhwylder. Os defnyddiwn y dull Lagrange, gall y taflwybrau y gronynnau fympwyol gorgyffwrdd ac yn ymddwyn yn eithaf anodd rhagweld. Symud hylifau a nwyon dan yr amodau hyn yn cael eu bob amser yn fyrhoedlog, gyda paramedrau hyn gall nonstationarities gael ystod eang iawn.

Gan fod y llif nwy laminaidd i mewn i elw drefn cythryblus, yn gallu cael ei fonitro gan yr enghraifft wisps o fwg o sigarét yn llosgi mewn aer llonydd. I ddechrau, mae'r gronynnau yn symud llwybrau bron yn gyfochrog â newid ar amser. Mwg yn ymddangos sefydlog. Yna, ar ryw adeg yn sydyn mae Eddies mawr sy'n symud yn gyfan gwbl ar hap. Mae'r vortices torri i fyny i mewn rhai llai - i mewn hyd yn oed yn llai, ac yn y blaen. Yn y diwedd, mae bron yn ysmygu cymysgeddau gyda'r aer amgylchynol.

cylchoedd tyrfedd

Mae'r enghraifft uchod yn werslyfr, ac oddi wrth ei sylwadau gwyddonwyr wedi gwneud y casgliadau canlynol:

1. Laminaidd a llif cythryblus yn tebygol o ran eu natur: nid yw'r newid o un dull i'r llall yn yr union y lle iawn, ac mewn lleoliad gweddol fympwyol, ar hap.
2. Yn gyntaf, mae yna vortices mawr sy'n fwy na maint y wisps o fwg. Symudiad yn dod yn anwastad ac yn gryf anisotropic. llif mawr yn mynd yn ansefydlog ac yn torri i fyny i mewn llai ac yn llai. Felly, mae yna hierarchaeth o Eddies. Mae egni o symudiad yn cael ei drosglwyddo o fawr i fach, ac ar ddiwedd y broses hon yn diflannu - dissipation ynni yn digwydd ar raddfeydd bach.
3. llif cythryblus yn anghyson: Gall fortecs penodol fod mewn lle hollol ar hap, anrhagweladwy.
4. Nid yw Cymysgu mwg gydag aer amgylchynol yn digwydd o dan lif laminaidd, ac mewn cythryblus - yn ddwys iawn.
5. Er gwaethaf y ffaith bod yr amodau ffin yn llonydd, mae'r cynnwrf ei hun yn fyrhoedlog amlwg o ran eu natur - pob paramedr nwy-deinamig yn newid dros amser.

Mae eiddo pwysig arall o gynnwrf: mae bob amser yn tri-dimensiwn. Hyd yn oed os ydym yn ystyried lif un-dimensiwn yn y bibell neu haen ffin dau ddimensiwn yn dal i gynnig o Eddies cythryblus yn digwydd yn y cyfarwyddiadau y tri echelinau cyfesurynnol.

Rhif Reynolds: y fformiwla

Mae'r newid o laminaidd i cythrwfl nodweddu gan nifer Reynolds hanfodol hyn a elwir yn:

_{Re cr = (/ μ ρuL)} cr,

lle mae ρ - ffrwd dwysedd, u - gyfradd llif nodweddiadol; L - llif maint nodweddiadol, μ - cyfernod o gludedd deinamig, cr - ar gyfer y tiwb gyda chroes adran crwn.

Er enghraifft, ar gyfer llif gyda u cyflymder yn y bibell L yn cael ei ddefnyddio fel y diamedr bibell. Dangosodd Osborne Reynolds fod yn yr achos hwn, 2300 cr <20,000. Mae lledaeniad yn fawr iawn, mae bron gorchymyn o faint.

Mae canlyniad tebyg yn cael ei sicrhau yn yr haen ffin ar y wafer. Mae maint nodweddiadol yn cael ei gymryd fel y pellter o ymyl flaen y plât, ac yna: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ^4. Os L ei ddiffinio fel y trwch yr haen ffin, mae'r 2700 cr <9000. Mae astudiaethau arbrofol sydd wedi dangos y gall gwerth Re _cr fod yn fwy byth.

Mae'r cysyniad o perturbation cyflymder

Mae'r laminaidd a llif hylif cythryblus, ac yn unol â hynny, mae'r gwerth feirniadol o nifer Reynolds (Ail) yn dibynnu ar nifer fawr o ffactorau. O'r graddiant pwysau, uchder lympiau garwedd, dwysedd cynnwrf yn y llif allanol, tymheredd gwahaniaethol, ac ati Er hwylustod, yn cael eu galw'n ffactorau cyfanredol hyn cyflymder aflonyddu gan eu bod yn cael dylanwad penodol ar y raddfa llif. Os yw aflonyddwch hwn yn fach, gellir ei setlo lluoedd gludiog ceisio alinio'r maes cyflymder. Ar gyfer y gall unrhyw amhariad mawr y llif yn dod yn ansefydlog, ac cynnwrf yn digwydd.

O ystyried bod yr ystyr ffisegol y rhif Reynolds - y gymhareb o luoedd inertial a heddluoedd gludiog, drwgdeimlad llif a gwmpesir gan y fformiwla:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

Y rhifiadur yw dwywaith y pen cyflymder a'r enwadur - y gwerth yn y drefn y straen ffrithiannol, os L yn cael ei gymryd fel y trwch yr haen ffin. pwysau Dynamic yn tueddu i ddinistrio'r cydbwysedd a ffrithiant grymoedd gwrthwynebu hyn. Fodd bynnag, nid yw'n glir pam fod y grymoedd inertia (neu bwysau cyflymder) yn arwain at newidiadau yn unig pan fyddant yn 1000 gwaith lluoedd yn fwy gludiog.

Cyfrifiadau a ffeithiau

Yn ôl pob tebyg, yn fwy cyfleus ei ddefnyddio fel cyflymder nodweddiadol Ail cyflymder llif _cr nid absoliwt u, a'r perturbation cyflymder. Yn yr achos hwn, bydd y nifer yn feirniadol Reynolds fod tua 10, hy pan fydd mwy na'r pwysau aflonyddwch deinamig straen gludiog dros 5 gwaith llif laminaidd i mewn i cythryblus llif hylif. Mae'r diffiniad hwn yn Ail yn ôl rhai gwyddonwyr yn cael ei esbonio yn dda gan y ffeithiau canlynol brofi yn arbrofol.

Am proffil cyflymder berffaith unffurf ar wyneb berffaith llyfn yn cael ei bennu yn draddodiadol gan y nifer Re _cr yn tueddu i anfeidredd, hynny yw, y newid yn digwydd mewn gwirionedd i cythrwfl. Yma, mae'r nifer Reynolds yn cael ei bennu gan faint y cyflymder perturbation dan werth critigol, sy'n gyfwerth â 10.

Ym mhresenoldeb o gynnwrf artiffisial, gan achosi cyfradd sblash cymharu â'r gyfradd sylfaenol, mae'r llif yn dod yn cythryblus yn llawer is rhifau Reynolds na Re _cr, a bennir gan y gwerth absoliwt y cyflymder. Mae hyn yn caniatáu defnyddio cyfernod Re _cr = 10, lle mae'r cyflymder nodweddiadol yw gwerth absoliwt y perturbation cyflymder a achosir gan y rhesymau uchod.

Sefydlogrwydd y gyfundrefn llif laminaidd ar y gweill

Mae'r laminaidd a llif cythryblus yn gyffredin i bob math o hylifau a nwyon dan amodau amrywiol. Mae laminaidd natur y llif yn brin ac yn cael eu nodweddu, er enghraifft, ar gyfer cul gwastadeddau nentydd tanddaearol. Llawer mwy, mae'r mater hwn yn peri pryder o wyddonwyr yng nghyd-destun o gymhwyso ymarferol ar gyfer cludo gan ddŵr biblinell, olew, nwy a hylifau eraill.

Q sefydlogrwydd llif laminaidd yn agos gysylltiedig â'r astudiaeth tarfu gynnig y prif lif. Canfuwyd cael ei effeithio gan y perturbations bach fel y'u gelwir. Yn dibynnu ar p'un a ydynt yn tyfu neu'n diflannu dros amser, ystyrir bod y llif sylfaenol yw fod yn sefydlog neu'n ansefydlog.

Ar gyfer hylifau cywasgadwy ac nid cywasgadwy

Un o'r ffactorau sy'n effeithio ar y laminaidd a llif hylif cythryblus yw ei compressibility. Mae'r eiddo hylif yn arbennig o bwysig yn yr astudiaeth o sefydlogrwydd prosesau nad ydynt yn llonydd gyda newid cyflym yn y presennol cynradd.

Mae astudiaethau yn dangos bod llif laminaidd o hylif incompressible yn y tiwbiau yr adran silindrog yn gallu gwrthsefyll axisymmetric a di-axisymmetric aflonyddwch cymharol fach mewn amser a gofod.

Yn ddiweddar, cyfrifiadau yn cael eu cynnal ar ddylanwad aflonyddwch ar y gwrthiant llif axisymmetric yn y gilfach gyfran o'r tiwb silindrog lle mae'r prif ar hyn o bryd yn ddibynnol ar y ddwy cyfesurynnau. Mae cydlynu echel y bibell yn cael ei ystyried fel y paramedr sy'n effeithio ar y proffil cyflymder ar hyd y radiws y brif bibell llif.

casgliad

Er gwaethaf canrifoedd o astudio, ni allwn ddweud bod laminaidd ac cythryblus llif ei astudio yn drylwyr. astudiaethau arbrofol ar y lefel micro, codi materion newydd sydd angen cyfiawnhad rhesymedig cyfrifiad. Mae natur yr ymchwil yn y cais a defnydd: miloedd yn y byd o gilometrau o ddŵr, olew, nwy a chynnyrch. Mae'r atebion technegol hiraf y cyflwyno ar gyfer lleihau o gynnwrf yn ystod y cludo, y mwyaf effeithiol y bydd.