Laminar ug gubot nga agos. Mga Paagi sa Pag-agos

Ang pagtuon sa mga kabtangan sa mga agianan sa mga likido ug gas hinungdanon kaayo alang sa mga serbisyo sa industriya ug komunikasyon. Ang laminar ug turbulent flow makaapekto sa gikusgon nga transportasyon sa tubig, lana, natural nga gas pinaagi sa mga linya sa linya sa nagkalainlain nga mga katuyoan, makaapekto sa ubang mga parameter. Ang siyensiya sa hydrodynamics naghisgot sa mga problema.

Klasipikasyon

Diha sa usa ka siyentipiko nga palibot, ang mga agos sa usa ka likido ug mga gas gibahin sa duha ka managlahi nga klase:

• Laminar (jet);
• Gubot.

Makaila usab sa transisyon nga yugto. Pinaagi sa dalan, ang termino nga "liquid" adunay daghang kahulogan: kini mahimong dili mabuot (sa pagkatinuod kini usa ka likido), mapugsan (gas), konduktibo, ug uban pa.

Kasaysayan

Niadtong 1880 gipahayag usab ni Mendeleyev ang ideya sa paglungtad sa duha ka nag-agos nga mga regime sa dagan. Ang Britanikong pisiko ug inhenyero nga si Osborne Reynolds nagtuon niining butanga sa dugang nga detalye, pagkompleto sa panukiduki niadtong 1883. Una, halos, ug unya sa tabang sa mga pormula nga iyang gi-establisar nga, sa usa ka hamubo nga gidaghanon sa pag-agos, ang kalihokan sa mga likido nagkinahanglan sa usa ka laminar nga porma: ang mga lut-od (mga particle nga nagaagos) dili sagol nga nagkasagol ug nag-agi sa parallel trajectories. Apan, human sa pagbuntog sa usa ka kritikal nga bili (alang sa nagkalainlain nga kondisyon kini lahi), nga gitawag nga Reynolds number, ang fluid flow regimes mag-usab: ang jet stream mahimong magul-anon, vortex - nga magubus. Ingon nga kini nahimo, kini nga mga pag-us aka mga sukod sa usa ka gidak-on nga pinasahi sa mga gas.

Ang praktikal nga kalkulasyon sa Ingles nga siyentista nagpakita nga ang kinaiya, pananglitan, sa tubig, kusog nga nagdepende sa porma ug gidak-on sa reservoir (pipe, channel, capillary, ug uban pa) diin kini nagaagay. Sa mga tubo nga adunay usa ka circular cross-seksyon (nga gigamit alang sa nagkadako nga mga linya sa presyur), ang numero sa Reynolds niini - ang kritikal nga formula sa estado nga gihulagway sama sa mosunod: Re = 2300. Alang sa agianan sa bukas nga agianan, ang numero sa Reynolds managlahi: Re = 900. Sa mas ubos nga Re values, Sa kadaghanan - hagit.

Ang agi sa Laminar

Ang kalainan tali sa laminar flow ug turbulent flow anaa sa kinaiyahan ug direksyon sa tubig (gas) nga agianan. Naglihok sila sa mga lut-od, dili pagsagol ug walay mga pulsasyon. Sa laing pagkasulti, ang paglihok moagi sa walay hunong nga paagi, nga walay mga pag-us-us sa pressure, direksyon ug katulin.

Pananglitan, ang agianan sa laminar nga fluid giumol sa makitid nga mga kaugatan sa mga buhing binuhat, mga capillary sa tanum ug ubos sa susama nga mga kondisyon, atol sa pag-agas sa daghan kaayo nga mga likido (fuel oil pinaagi sa usa ka pipeline). Aron makita ang jet stream, kini igo nga ibuka ang gamay nga tubig - ang tubig moagos nga kalma, parehas, nga walay pagsagol. Kon ang teyt nga ginabalik sa katapusan, ang presyur sa sistema modako ug ang kasamtangan mahimong magubot.

Gubot nga agos

Sukwahi sa agianan sa laminar, diin ang duol nga mga partikulo naglihok subay sa halos pareho nga mga taktika, ang gubot nga agianan sa usa ka pluwido walay sakit. Kung atong gamiton ang Lagrange nga pamaagi, ang mga taktika sa mga partikulo mahimong dili makatarunganon nga interseksyon ug dili gayud mahitabo. Ang mga motibo sa mga likido ug mga gas ilalum niini nga mga kondisyon kanunay nga nonstationary, ug ang mga kalagmitan sa mga nonstationary nga mga estado mahimo nga adunay dako nga gilay-on.

Samtang ang agianan sa laminar nga agianan sa gas nahimong usa ka gubot, ang usa makasubay niini pinaagi sa pananglitan sa usa ka pagtulo sa aso sa nagdilaab nga sigarilyo nga anaa sa hangin. Sa sinugdan, ang mga partikulo naglihok halos sama sa mga panahon nga dili mausab. Ang aso morag dili molihok. Dayon sa usa ka dapit sa kalit adunay dagkong mga pag-alima, nga naglihok nga puno sa chaotically. Kini nga mga vortices gibahin ngadto sa mas gagmay, kadtong mga mas gagmay pa ug ingon pa. Sa katapusan, ang aso halos nga gisagol sa hangin sa palibut.

Mga siklo sa kasamok

Ang pananglitan sa ibabaw mao ang usa ka libro, ug gikan sa iyang obserbasyon ang mga siyentipiko mihimo sa mosunod nga mga konklusyon:

1. Ang laminar ug gubot nga dagan adunay usa ka probabilistic nga kinaiya: ang transisyon gikan sa usa ka rehimen ngadto sa lain dili mahitabo sa usa ka tukma nga dapit, apan sa usa ka rason nga usa ka rason nga dapit.
2. Una, makita ang dagkong mga vortex, nga ang gidak-on mas dako pa kay sa gidak-on sa us aka aso. Ang motion nahimong nonstationary ug kusog nga anisotropic. Ang mga dagko nga agianan mawad-an sa kalig-on ug mabuak ngadto sa ginagmay ug gagmay. Busa, ang usa ka bug-os nga hierarchy sa vortices mitungha. Ang enerhiya sa ilang paglihok gibalhin gikan sa dagko hangtud sa gagmay, ug sa katapusan niini nga proseso nawala - ang pagkawala sa enerhiya mahitabo sa gagmay nga mga himbis.
3. Ang gubot nga agianan sa rehimen nga sulagma: ang usa o lain nga vortex mahimong makita sa usa ka hingpit nga arbitrary, dili matag-an nga dapit.
4. Ang pagsagol sa aso nga adunay ambient nga hangin halos dili mahitabo ubos sa rehimen nga laminar, ug kung magubot, kini grabe kaayo.
5. Bisan pa sa kamatuoran nga ang mga kondisyon sa utlanan nagpabilin, ang kagubot mismo adunay tin-aw nga nonstationary nga kinaiya - ang tanan nga mga parameter nga gasdynamic nagkalainlain sa panahon.

Adunay laing importante nga kabtangan sa kasamok: kini kanunay nga tulo ka dimensyon. Bisan kon atong gikonsiderar ang usa ka pag-agi sa usa ka sukod sa usa ka tubo o usa ka double-dimensiyon nga hut-ong sa utlanan, ang hugna sa gubot nga mga pag-agulo nag-agi gihapon sa mga direksyon sa tanan nga tulo ka mga coordinate axes.

Numero Reynolds: pormula

Ang transisyon gikan sa laminarity ngadto sa kagubot gihulagway sa gitawag nga kritikal nga numero sa Reynolds:

Re _cr = (ρuL / μ) _cr,

Diin ρ ang densidad sa flux, ikaw ang kinaiya nga dagan sa dagan; L mao ang gidak-on sa agianan sa dagway, μ mao ang coefficient sa dinaghang viscosity, ug ang cr mao ang agianan sa usa ka tubo nga adunay usa ka circular cross section.

Pananglitan, alang sa usa ka agay nga adunay velocity u sa usa ka pipe, ang diametro sa pipe gigamit isip L. Gipakita ni Osborne Reynolds nga sa kini nga kaso 2300 cr <20000. Ang pagkalapot dako kaayo, hapit usa ka han-ay sa gidak-on.

Ang usa ka susama nga resulta mao ang nakuha sa utlanan nga layer sa plato. Ang sukod sa kinaiya mao ang distansya gikan sa nag-unang ngilit sa plato, ug dayon: 3 × 10 ⁵ cr <4 × 10 ⁴ . Kon ang L gihubit ingong ang gibag-on sa boundary layer, unya 2700 cr <9000. Adunay mga eksperimental nga pagtuon nga nagpakita nga ang bili sa Re _cr mahimo nga mas dako pa.

Ang ideya sa katulinon nga kusog

Ang laminar ug magubot nga pag-agos sa likido, ug busa ang kritikal nga bili sa Reynolds number (Re), nag-agad sa mas daghang gidaghanon sa mga butang: ang presyur nga gradient, ang gitas-on sa kalig-on nga mga knot, ang pagkalubog sa gawas nga agianan, ang kalainan sa temperatura, ug uban pa. , Tungod kay kini adunay usa ka piho nga epekto sa tulin nga agos. Kon kini nga kasamok gamay ra, kini mapalong sa mga kusgan nga mga pwersa nga nagbantay sa pag-equal sa field velocity. Alang sa dagkong mga kabangisan, ang pagkalugi mahimong mawad-an sa kalig-on, ug ang kagubot motungha.

Sa paghunahuna nga ang pisikal nga kahulogan sa gidaghanon ni Reynolds mao ang ratio sa inisyal nga mga pwersa ug mga pwersa sa viscosity, ang pagsulbong sa mga agianan ubos sa pormula:

Re = ρuL / μ = ρu ² / (μs (u / L)).

Diha sa numerator adunay doble nga velocity head, ug sa denominator adunay usa ka gidaghanon sa han-ay sa gilis nga tensyon, kon ang gibag-on nga layer sa utlanan gikuha ingon nga L. Ang kusog nga paspas nga presyur lagmit nga makaguba sa pagkabalanse, ug ang mga pwersa sa pagkubkob makapakgang niini. Apan, kini dili tin-aw kon nganong ang mga pwersa sa inersia (o high-speed head) mosangpot lamang sa mga pagbag-o kung kini mga 1000 ka beses nga mas dako kaysa sa mga pwersa sa viscosity.

Mga pagkalkulo ug mga kamatuoran

Tingali, kini nga mas sayon nga gamiton ingon nga ang kinaiya nga tulin sa Re _cr dili ang hingpit nga dagan nga tulin, apan ang kakusgon sa tulin. Sa kini nga kaso, ang kritikal nga numero sa Reynolds mao ang han-ay sa 10, nga mao, kung ang ulo sa velocity molapas sa mga tensyon sa viscous sa usa ka factor nga 5, ang laminar nga agianan sa liquid moagos ngadto sa usa ka magubot. Kini nga kahulugan sa Re sa opinyon sa daghang mga siyentista nagpatin-aw pag-ayo sa mosunod nga gi-kumpirma nga mga kamatuoran.

Alang sa us aka hiniusa nga paglihok sa gilay-on sa usa ka hayag nga nawong, ang tradisyonal nga gidaghanon nga Re _Cr nga walay katapusan, sa ato pa, walay bisan unsang kausaban sa kagubot. Apan ang gidaghanon sa Reynolds, nga gitino sa kadako sa kakulba sa kusog dili kaayo usa ka kritikal, nga katumbas sa 10.

Sa presensya sa artipisyal nga mga turbulators, nga maoy hinungdan sa usa ka speedup nga sama sa nag-unang tulin, ang agianan mahimong magubot sa mas ubos nga mga bili sa Reynolds nga gidaghanon kay sa Re _cr , nga gitino gikan sa hingpit nga bili sa tulin. Kini nagtugot kanato sa paggamit sa bili sa coefficient Re _cr = 10, diin ang hingpit nga gikusgon sa speed speed, nga gipahinabo sa mga gihisgutan nga mga rason sa ibabaw, gigamit isip kinaiya nga tulin.

Ang kakusgon sa laminar flow sa pipeline

Ang laminar ug gubot nga agianan kasagaran alang sa tanan nga matang sa mga likido ug mga gas sa nagkalainlain nga kondisyon. Sa kinaiyahan, ang laminar nga mga agianan talagsaon ug kasagaran, pananglitan, alang sa pig-ot nga mga agianan sa ilawom sa ilawom nga mga kondisyon. Labaw pa niini nga isyu ang gikabalak-an sa mga siyentipiko sa konteksto sa praktikal nga mga aplikasyon alang sa pagdala sa tubig, lana, gas ug uban pang teknikal nga mga likido pinaagi sa mga linya sa tubo.

Ang kalig-on sa agianan sa laminar hugot nga nalangkit sa pag-imbestigar sa nahitabong paglihok sa pangunang agos. Napamatud-an nga kini gipailalom sa aksyon sa gitawag nga gagmay nga mga hugaw. Depende kung kini molubad o motubo sa panahon, ang pang-agianan giisip nga lig-on o dili lig-on.

Pag-agos sa mga compressible ug non-compressible liquids

Ang usa sa mga butang nga naka-apekto sa laminar ug magubot nga pag-agos sa usa ka fluid mao ang kakugmat niini. Kini nga kabtangan sa usa ka likido ilabi na nga importante sa pagtuon sa kalig-on sa mga proseso sa nonstationary nga dali nga pagbag-o sa sukaranan nga dagan.

Gipakita sa mga pagtuon nga ang agianan sa laminar sa usa ka incompressible fluid sa cylindrical tubes mao ang lig-on ngadto sa medyo gamay axisymmetric ug non-axisymmetric perturbations sa panahon ug sa luna.

Di pa dugay, ang mga kalkulasyon gihimo sa epekto sa axisymmetric perturbations sa kalig-on sa dagan sa inlet nga bahin sa usa ka cylindrical tube, diin ang nag-unang agay nagsalig sa duha ka mga coordinate. Ang koordinatyo ubus sa axis sa pipe giisip nga usa ka parameter nga diin ang proporsiyon sa velocity nagdepende sa radius sa main flow pipe.

Panapos

Bisan pa sa mga siglo nga pagtuon, dili ikasulti nga ang laminar ug magubot nga pag-agos natun-an pag-ayo. Ang panukiduki sa eksperimento sa micro level naghatag og bag-ong mga pangutana nga nagkinahanglan og usa ka rason nga pangatarungan. Ang kinaiya sa pagsiksik usa usab ka praktikal nga gamit: liboan ka kilometro nga tubig, lana, gas, ug mga linya sa tubo sa mga produkto ang gipahimutang sa kalibutan. Ang mas daghang teknikal nga mga solusyon aron sa pagpakunhod sa kaguliyang panahon sa transportasyon, mas epektibo kini.