Laminar thiab turbulent flow. kua txaus regimes

Kawm thaj chaw ntawm cov dej thiab roj cua khiav yog tseem ceeb heev rau cov lag luam thiab pej xeem hlauv taws xob. Lub laminar thiab turbulent flow ntxim rau cov dej thauj tus nqi, roj, nkev pipelines rau ntau lub hom phiaj, muaj feem xyuam rau cov lwm yam tsis. Cov teeb meem ua kev kawm hydrodynamics.

kev faib

Nyob rau hauv lub scientific ib puag ncig ntawm cov kua txaus regimes thiab gases yog muab faib ua ob tug heev cov chav kawm:

• laminar (inkjet);
• turbulent.

Tsis tas li ntawd qhov txawv hloov theem. Incidentally, lub sij hawm "kua" muaj ib tug ntau lub ntsiab lus: nws yuav ua tau incompressible (kua yeej yog), ib tug compressible (gas), conductive, etc ...

cov ntaub ntawv keeb kwm

Lwm Mendeleev nyob rau hauv 1880 lub tswv yim ntawm cov hav zoov ntawm ob opposite txaus regimes twb qhia. Yog xav paub ntxiv cov ntsiab lus nyob rau hauv no qhov teeb meem soj ntsuam cov British physicist thiab engineer Osborne Reynolds uas ua tiav qhov kev tshawb fawb nyob rau hauv 1883. Ua ntej, suab, thiab ces siv cov qauv nws yog pom tias nyob rau hauv ib tug tsawg tus nqi ndlwg ntawm cov kua thauj yuav laminar daim ntawv: khaubncaws sab nraud povtseg (particle khiav) yog yuav luag tsis sib tov thiab txav mus ze thaum uas tig mus paths. Txawm li cas los, tom qab kov yeej ib yam tseem ceeb heev tus nqi (rau txawv tej yam kev mob nws txawv), lub title Reynolds tooj kua ndlwg tej yam kev mob yog hloov: lub dav hlau khiav yuav chaotic vortex - i.e., turbulent. Raws li nws muab tawm, cov tsis muaj rau ib co raws li xam qhovkev thiab roj cua.

Tswv yim English paub txog suav pom tias tus cwj pwm ntawm, e.g., dej, yog ib co nyob rau ntawm tus duab thiab qhov ntev ntawm lub tank (kav, raws, cov hlab ntsha, thiab lwm yam), nyob rau hauv uas nws ntws. Nyob rau hauv cov kav dej muaj ib tug yeej tus ntoo khaub lig seem (xws siv rau mounting siab piping), nws Reynolds tooj - cov mis ntawm lub tseem ceeb heev lub xeev yog piav raws li nram no: Re = 2300. Nyob rau hauv thiaj li yuav qhib tau lub flow channel ntawm lub Reynolds tus xov tooj yog txawv: Re = 900. Rau me me qhov tseem ceeb rau Re yog kom, ntawm loj - chaotic.

laminar txaus

Tsis zoo li ib tug laminar txaus turbulent yog qhov xwm thiab cov kev taw qhia ntawm cov dej (gas) ntws. Lawv tsiv mus nyob rau khaubncaws sab nraud povtseg tsis muaj nws thiab tsis muaj pulsations. Nyob rau hauv lwm yam lus, lub zog yuav siv sij hawm qhov chaw uniformly tsis muaj erratic jumps nyob rau hauv lub siab kev coj thiab ceev.

Laminar kua ndlwg tsim, piv txwv li, nyob rau hauv nqaim cov hlab ntsha ntawm nyob yam, cov nroj tsuag cov hlab ntsha thiab nyob rau hauv tej yam kev mob nyob rau lub, ntawm ib tug tam sim no heev dej khov (roj roj los ntawm lub raj dej). Yuav kom pom tau lub dav hlau khiav yog txaus los qhia ib tug me ntsis kais - dej yuav ntws ntsiag to, tusyees, tsis muaj nws. Yog hais tias unscrew lub spigot mus rau thaum xaus, lub system siab yuav sawv thiab qhov txaus yuav ua chaotic.

turbulent flow

Tsis zoo li ib tug laminar, nyob rau neighboring hais txav raws tshuam thaum uas tig mus paths, ib tug turbulent flow ntawm kua yog disordered xwm. Yog hais tias peb siv lub Lagrange mus kom ze, lub trajectories ntawm tus hais yuav arbitrarily sib tshooj thiab coj heev unpredictably. Zog ntawm dej thiab roj cua nyob rau hauv cov tej yam kev mob yog ib txwm nraum, nrog rau cov tsis nonstationarities yuav muaj ib tug heev ntau yam.

Raws li cov laminar roj txaus rau hauv turbulent tsoom fwv tau nyaij, yuav tau saib tus yam ntxwv wisps ntawm pa luam yeeb ntawm ib tug burning luam yeeb nyob rau hauv tseem huab cua. Chiv, tus hais tsiv luag thaum uas tig mus paths unchanged nyob rau hauv lub sij hawm. Haus luam yeeb nkawd tsau. Ces nyob rau tej taw tes tag nrho cov ntawm ib tug Sudden muaj cov loj loj eddies uas tsiv kiag li across. Cov vortices txhaum li mus rau hauv me me uas sawv daws yuav - mus rau hauv txawm me me thiab thiaj li nyob. Nyob rau hauv lub kawg, zoo haus luam yeeb hmoov sib tov nrog cov surrounding huab cua.

kiv mus

Qhov saum toj no piv txwv yog ib phau ntawv nyeem, thiab los ntawm nws lub tswvyim zaum tau ua cov nram qab no cov lus xaus:

1. Laminar thiab turbulent flow yog probabilistic nyob rau hauv qhov: cov kev hloov los ntawm ib hom mus rau lwm lub yog tsis nyob rau hauv raws nraim txoj cai qhov chaw, thiab nyob rau hauv ib tug ncaj arbitrary, random qhov chaw.
2. Ua ntej, muaj cov loj loj vortices uas yog loj tshaj li qhov loj ntawm wisps ntawm haus luam yeeb. Movement yuav unsteady thiab ntseeg tau anisotropic. Loj tsev ua tsis ruaj tsis khov thiab ua txhaum li mus rau hauv me me thiab me me. Yog li, muaj ib tug hierarchy ntawm eddies. Lub zog ntawm kev tshem yog kis los ntawm kev loj me me, thiab nyob rau thaum xaus ntawm txoj kev no disappears - zog dissipation tshwm sim nyob rau me me dos.
3. Turbulent flow yog erratic: ib tug vortex yuav ua tau nyob rau hauv ib tug kiag li random, unpredictable qhov chaw.
4. Nws pa luam yeeb nrog ambient cua tsis muab qhov chaw nyob rau hauv laminar flow, thiab nyob rau hauv turbulent - yog heev intensive.
5. Txawm tias muaj tseeb hais tias cov ciam tej yam kev mob yog nyob ruaj ruaj, lub kiv nws tus kheej muaj ib tug qhia tau nraum nyob rau hauv cov xwm - tag nrho cov roj-dynamic tsis hloov lub sij hawm.

Muaj lwm yam tseem ceeb cov khoom teejtug uas kiv: nws yog ib txwm peb-dimensional. Txawm yog hais tias peb xav txog ib tug-dimensional txaus nyob rau hauv cov yeeb nkab los yog two-dimensional ciam txheej tseem suab ntawm turbulent eddies tshwm sim nyob rau hauv cov lus qhia ntawm lub peb tswj axes.

Reynolds tooj: lub mis

Cov kev hloov ntawm kev laminar rau kiv tsiag ntawv los ntawm thiaj li hu ua ib qho tseem ceeb Reynolds tooj:

_{Re cr = (ρuL / μ)} cr,

qhov twg ρ - ceev kwj, u - tus nqi ndlwg yam ntxwv; L - ntws yam ntxwv loj, μ - lub coefficient ntawm dynamic viscosity, cr - rau los ntawm ib tug raj nrog ib tug yeej tus ntoo khaub lig seem.

Piv txwv li, rau ib tug txaus nrog tshaj tawm u nyob rau hauv cov yeeb nkab L yog siv raws li cov yeeb nkab inch. Osborne Reynolds pom tias nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, 2300 cr <20000. Kis yog heev loj, yuav luag ib tug kev txiav txim ntawm qhov ntau.

Ib tug zoo xws li cov tshwm sim yog tau nyob rau hauv tus ciam txheej nyob rau wafer. Cov yam ntxwv ntawm tus loj yog muab raws li qhov kev ncua deb ntawm lub hauv pem hauv ntej ntawm ntug lub phaj, thiab ces 3 × ¹⁰ Tej zaum cr <4 × ¹⁰ Plaub Hlis Ntuj. Yog hais tias L txhais tias yog cov thickness ntawm tus ciam txheej, qhov 2700 cr <9000. Muaj kev sim kev tshawb fawb uas tau qhia hais tias tus nqi ntawm Re _cr tej zaum yuav txawm ntau dua.

Lub tswvyim ntawm tshaj tawm perturbation

Lub laminar thiab turbulent kua txaus, thiab raws li, tseem ceeb heev tus nqi ntawm lub Reynolds tooj (Re) nyob rau ib tug loj tus naj npawb ntawm yam. Los ntawm lub siab gradient, lub qhov siab ntawm pob roughness, kiv siv nyob rau hauv lub sab nraud flow, differential kub, thiab lwm yam Rau yooj yim, cov sau ua ib pawg yam yog hu ua cov perturbation tshaj tawm txij li thaum lawv muaj ib yam cawv rau cov nqi ndlwg. Yog hais tias qhov no ntxaug yog me me, nws yuav tswm khov rog nrhiav dlhos tus tshaj tawm teb. Rau loj perturbations ntawm cov khiav yuav ua tsis ruaj tsis khov, thiab kiv tshwm sim.

Muab hais tias lub cev lub ntsiab lus ntawm lub Reynolds tooj - tus piv ntawm inertial rog thiab khov rog, resentment ntws them los ntawm cov mis:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (u / L )).

Lub numerator yog ob zaug tus tshaj tawm lub taub hau thiab lub denominator - tus nqi yog ntawm qhov kev txiav txim ntawm lub frictional kev nyuaj siab, yog tias L yog muab raws li tus thickness ntawm tus ciam txheej. Dynamic siab nyhav kom cov tshuav nyiaj li cas thiab tsis sib haum xeeb rog txheem no. Txawm li cas los, nws yog paub tsis meej vim li cas cov rog ntawm inertia (los yog tshaj tawm siab) ua rau kev hloov tsuas yog thaum lawv yog 1000 lub sij hawm khov dua rog.

Suav thiab lus tseeb

Tej zaum, ntau conveniently siv tau raws li ib tug yam ntxwv ceev Re _CR tsis txog flow tshaj tawm u, thiab tus tshaj tawm perturbation. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, lub tseem ceeb heev Reynolds tooj yuav txog 10, i.e. thaum tau siab tshaj lub dynamic siab ntxaug khov txhawj xeeb tshaj 5 lub sij hawm lub laminar txaus rau hauv ib lub turbulent kua ntws. Qhov no txhais Re raws li tej zaum yog zoo piav los ntawm cov hauv qab no experimentally pov thawj tseeb.

Rau ib txig niaj hnub tshaj tawm profile rau ib txig du nto feeb txiav txim los ntawm tus xov tooj Re _cr nyhav infinity, uas yog, cov kev hloov ua tau tshwm sim rau kiv. Ntawm no yog lub Reynolds tus xov tooj yog txiav txim los ntawm lub qhov ntau ntawm cov perturbation tshaj tawm hauv qab no tseem ceeb heev tus nqi, uas yog sib npaug zos rau 10.

Nyob rau hauv lub xub ntiag ntawm cov khoom cua kiv, ua txaws tus nqi piv nrog qhov yooj yim npaum li cas, qhov txaus yuav turbulent ntawm tsawg Reynolds xov tooj tshaj Re _cr, txiav txim los ntawm lub meej nqi ntawm cov kev ceev. Qhov no pub rau cov kev siv ntawm cov coefficient Re _cr = 10, nyob qhov twg tus yam ntxwv tshaj tawm yog cov tsis muaj nuj nqis ntawm cov tshaj tawm perturbation tshwm sim los ntawm cov saum toj no yog vim li cas.

Stability ntawm lub laminar txaus tsoom fwv nyob rau hauv lub raj dej

Lub laminar thiab turbulent flow yog tshwm sim rau tag nrho cov hom ntawm cov dej thiab roj cua nyob rau hauv ntau yam tej yam kev mob. Lub laminar xwm ntawm cov khiav yog tsawg tsawg thiab yog yus muaj, piv txwv li, rau nqaim underground ntws nras. Ntau npaum li cas, qhov no qhov teeb meem yog ib yam uas txhawj xeeb ntawm zaum nyob rau hauv lub ntsiab lus teb ntawm cov tswv yim daim ntawv thov rau kev thauj mus los los ntawm pipeline dej, roj, roj thiab lwm yam kua.

Q laminar txaus stability yog zoo yam rau txoj kev tshawb ntxhov suab ntawm lub ntsiab txaus. Nws twb pom yuav muaj cuam tshuam los ntawm lub thiaj-hu ua me me perturbations. Nyob ntawm seb lawv loj hlob los yog ploj lawm lub sij hawm, qhov yooj yim txaus yog pom tias yuav tau ruaj khov los yog tsis ruaj tsis khov.

Rau compressible thiab tsis compressible kua

Ib tug ntawm cov yam tseem ceeb rau lub laminar thiab turbulent kua txaus yog nws compressibility. Qhov no kua cuab yeej yog tshwj xeeb yog ib qho tseem ceeb nyob rau hauv txoj kev tshawb no ntawm lub stability ntawm uas tsis yog-nyob ruaj ruaj dab nrog sai hloov nyob rau hauv cov thawj tam sim no.

Kev tshawb fawb qhia tau tias laminar ndlwg ntawm ib tug incompressible kua rau hauv cov hlab ntawm lub cylindrical seem yog resistant rau tus me axisymmetric thiab uas tsis yog-axisymmetric teeb nyob rau hauv lub sij hawm thiab qhov chaw.

Tsis ntev los no, suav yog nqa tawm nyob rau hauv tus ntawm teeb nyob rau hauv axisymmetric txaus kuj nyob rau hauv lub inlet feem ntawm lub cylindrical raj qhov twg lub ntsiab tam sim no yog nyob rau hauv lub ob coordinates. Cov tswj axis ntawm cov yeeb nkab yog xam raws li lub parameter uas muaj feem xyuam rau tus tshaj tawm profile raws voos kheej-kheej ntawm lub ntsiab txaus yeeb nkab.

xaus

Txawm tias centuries ntawm txoj kev tshawb, peb tsis tau hais tias laminar thiab turbulent flow yog meej kawm. Seb cov kev tshawb fawb nyob rau hauv lub micro qib, tsa tshiab tej teeb meem uas yuav tsum tau ib tug piav rau xam ua neeg ncajncees. Qhov xwm ntawm kev tshawb fawb yog daim ntawv thov thiab kev siv: lub ntiaj teb no tus txhiab tus kilometers ntawm dej, roj, roj thiab cov khoom. Lub ntev tswvcuab kev daws teeb meem yuav txo tau muaj kev kub ntxhov thaum lub sij hawm thauj, qhov ntau zoo nws yuav tsum tau.