Valokuvaus laminaarivirrasta

laminaari virtaus- nesteen tai kaasun rauhallinen virtaus ilman sekoittumista. Neste tai kaasu liikkuu kerroksina, jotka liukuvat toisiaan vasten. Kerrosten nopeuden kasvaessa tai nesteen viskositeetin pienentyessä laminaarivirtaus muuttuu turbulentiksi. Jokaisen nesteen tai kaasun kohdalla tämä piste esiintyy tietyssä Reynolds-luvussa.

Kuvaus

Laminaarivirtauksia havaitaan joko erittäin viskooseissa nesteissä tai virtauksissa, jotka tapahtuvat riittävän pienillä nopeuksilla, sekä hitaassa nestevirtauksessa pienten kappaleiden ympärillä. Erityisesti laminaariset virtaukset tapahtuvat kapeissa (kapillaari) putkissa, voiteluainekerroksessa laakereissa, ohuessa rajakerroksessa, joka muodostuu lähelle kappaleiden pintaa, kun niiden ympärillä virtaa nestettä tai kaasua jne. Nopeuden kasvaessa Tämän nesteen laminaarinen virtaus voi hetken päästä muuttumaan epäjärjestyneeksi turbulentiksi virtaukseksi. Tässä tapauksessa liikevastusvoima muuttuu jyrkästi. Nesteen virtausjärjestelmälle on tunnusomaista ns. Reynoldsin luku (Uudelleen).

Kun arvo Re pienempi kuin tietty kriittinen luku Re kp , laminaarisia nestevirtauksia tapahtuu; jos Re > Re kp , virtausjärjestelmä voi muuttua turbulentiksi . Re cr -arvo riippuu tarkasteltavan virtauksen tyypistä. Joten sisäänvirtauksen vuoksi pyöreät putket Re cr ≈ 2200 (jos ominaisnopeus on keskimääräinen nopeus poikkileikkauksella ja ominaiskoko on putken halkaisija). Siksi Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Nopeuden jakautuminen

Nopeuden keskiarvoprofiili:
a - laminaarivirtaus
b - turbulentti virtaus

Laminaarivirtauksessa äärettömän pitkässä putkessa nopeus missä tahansa putken osassa vaihtelee riippuen V-V laki 0 (1 - r 2 /a 2 ), missä a - putken säde, r - etäisyys akselista, V 0 \u003d 2V sr - aksiaalinen (numeerisesti suurin) virtausnopeus; vastaava parabolinen nopeusprofiili on esitetty kuvassa. a.

Kitkajännitys vaihtelee säteen mukaan lineaarisen lain mukaan τ=τ w r/a missä τ w = 4μVav/a - kitkajännitys putken seinämässä.

Putken viskoosien kitkavoimien voittamiseksi tasaisen liikkeen aikana on oltava pitkittäinen painehäviö, joka yleensä ilmaistaan ​​tasa-arvolla P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2/2 missä P1 ja P2 - paine k.-n. kaksi poikkileikkausta etäisyyden päässä l toisiltaan λ - kerroin vastus riippuen Re laminaarista virtausta varten λ = 64/Re .

Neste- ja kaasuvirtojen ominaisuuksien tutkiminen on erittäin tärkeää teollisuudelle ja julkisille laitoksille. Laminaari ja turbulentti virtaus vaikuttavat veden, öljyn, maakaasu putkistojen kautta eri tarkoituksiin, vaikuttaa muihin parametreihin. Hydrodynamiikan tiede käsittelee näitä ongelmia.

Luokitus

Tiedeyhteisössä nesteiden ja kaasujen virtausjärjestelmät on jaettu kahteen täysin erilaiseen luokkaan:

• laminaarinen (suihku);
• myrskyisä.

On myös siirtymävaihe. Muuten, termillä "neste" on laaja merkitys: se voi olla kokoonpuristumaton (tämä on itse asiassa neste), puristuva (kaasu), johtava jne.

Tausta

Jopa Mendelejev ilmaisi vuonna 1880 ajatuksen kahden vastakkaisen virtajärjestelmän olemassaolosta. Brittiläinen fyysikko ja insinööri Osborne Reynolds tutki tätä asiaa tarkemmin ja saattoi tutkimuksensa päätökseen vuonna 1883. Ensin käytännössä ja sitten kaavojen avulla hän totesi, että pienellä virtausnopeudella nesteiden liike saa laminaarisen muodon: kerrokset (hiukkasvirtaukset) eivät melkein sekoitu ja liikkuvat yhdensuuntaisia ​​​​ratoja pitkin. Tietyn kriittisen arvon ylittämisen jälkeen (esim erilaisia ​​ehtoja se on erilainen), jota kutsutaan Reynoldsin numeroksi, nesteen virtausjärjestelmät muuttuvat: suihkuvirta muuttuu kaoottiseksi, pyörteiseksi - eli turbulentiksi. Kuten kävi ilmi, nämä parametrit ovat tietyssä määrin ominaisia ​​myös kaasuille.

Englantilaisen tiedemiehen käytännön laskelmat osoittivat, että esimerkiksi veden käyttäytyminen riippuu voimakkaasti sen säiliön muodosta ja koosta (putki, kanava, kapillaari jne.), jonka läpi se virtaa. Putkissa, joilla on pyöreä poikkileikkaus (tällaisia ​​käytetään paineputkien asennukseen), niiden Reynolds-luku - kaava kuvataan seuraavasti: Re \u003d 2300. Virtauksessa avointa kanavaa pitkin se on erilainen: Re \u003d 900 Pienemmillä Re:n arvoilla virtaus on tilattu, suurella - kaoottinen .

laminaari virtaus

Laminaarisen ja pyörteisen virtauksen välinen ero on veden (kaasun) virtausten luonteessa ja suunnassa. Ne liikkuvat kerroksittain sekoittumatta ja ilman pulsaatiota. Toisin sanoen liike on tasaista, ilman epäsäännöllisiä paineen, suunnan ja nopeuden hyppyjä.

Nesteen laminaarivirtaus muodostuu esimerkiksi kapeissa elävissä olennoissa, kasvien kapillaareissa ja vastaavissa olosuhteissa erittäin viskoosien nesteiden (polttoöljy putkilinjan läpi) virtauksessa. Suihkuvirran näkemiseksi visuaalisesti riittää, että avaat hanan hieman - vesi virtaa rauhallisesti, tasaisesti, sekoittumatta. Jos hana suljetaan loppuun asti, järjestelmän paine kasvaa ja virtaus muuttuu kaoottiseksi.

turbulentti virtaus

Toisin kuin laminaarivirtaus, jossa lähellä olevat hiukkaset liikkuvat lähes yhdensuuntaisia ​​lentoratoja pitkin, nesteen pyörteinen virtaus on häiriintynyt. Jos käytämme Lagrange-lähestymistapaa, hiukkasten liikeradat voivat mielivaltaisesti leikata ja käyttäytyä melko arvaamattomasti. Nesteiden ja kaasujen liikkeet näissä olosuhteissa ovat aina epävakaita, ja näiden epävakauden parametrit voivat olla hyvin laajat.

Kuinka kaasun laminaarinen virtaus muuttuu turbulentiksi, voidaan jäljittää esimerkin avulla palavasta savukkeesta tyynessä ilmassa. Aluksi hiukkaset liikkuvat lähes rinnakkain liikeratoja pitkin, jotka eivät muutu ajassa. Savu näyttää olevan hiljaa. Sitten johonkin paikkaan ilmestyy yhtäkkiä suuria pyörteitä, jotka liikkuvat täysin satunnaisesti. Nämä pyörteet hajoavat pienempiin, ne vielä pienempiin ja niin edelleen. Lopulta savu käytännössä sekoittuu ympäröivään ilmaan.

Turbulenssisyklit

Yllä oleva esimerkki on oppikirja, ja hänen havainnoistaan ​​tutkijat ovat tehneet seuraavat johtopäätökset:

1. Laminaarinen ja turbulenttinen virtaus ovat luonteeltaan todennäköisiä: siirtyminen järjestelmästä toiseen ei tapahdu tarkasti määritellyssä paikassa, vaan melko mielivaltaisessa, satunnaisessa paikassa.
2. Ensin ilmaantuu suuria pyörteitä, joiden koko on suurempi kuin savupilven koko. Liike muuttuu epävakaaksi ja erittäin anisotrooppiseksi. Suuret purot menettävät vakautensa ja hajoavat pienempiin ja pienempiin puroihin. Siten syntyy kokonainen pyörteiden hierarkia. Niiden liikkeen energia siirtyy suuresta pieneen, ja tämän prosessin lopussa se katoaa - energian haihtumista tapahtuu pienissä mittakaavassa.
3. Turbulenttinen virtausjärjestelmä on satunnainen hahmo: yksi tai toinen pyörre voi olla täysin mielivaltaisessa, arvaamattomassa paikassa.
4. Savun sekoittumista ympäröivään ilmaan ei käytännössä tapahdu laminaarisessa tilassa, ja turbulenttisessa tilassa se on erittäin voimakasta.
5. Huolimatta siitä, että rajaolosuhteet ovat paikallaan, itse turbulenssilla on selvä ei-stationaarinen luonne - kaikki kaasudynaamiset parametrit muuttuvat ajan myötä.

On vielä yksi tärkeä omaisuus turbulenssi: se on aina kolmiulotteinen. Vaikka otettaisiin huomioon yksiulotteinen virtaus putkessa tai kaksiulotteinen rajakerros, pyörteisten pyörteiden liikettä tapahtuu silti kaikkien kolmen koordinaattiakselin suuntiin.

Reynoldsin luku: kaava

Siirtymälle laminaarisesta turbulenttiin on ominaista niin sanottu kriittinen Reynoldsin luku:

Re cr = (ρuL/µ) cr,

missä ρ on vuontiheys, u on ominaisvuon nopeus; L on virtauksen ominaiskoko, µ on kerroin cr on virtaus pyöreän poikkileikkauksen omaavan putken läpi.

Esimerkiksi virtaukselle, jonka nopeus on u putkessa, Osborne Reynoldsia käytetään L:nä ja osoitti, että tässä tapauksessa 2300

Samanlainen tulos saadaan levyn rajakerroksessa. Tyypillisenä mittana otetaan etäisyys levyn etureunasta ja sitten: 3 × 10 5

Nopeuden häiriön käsite

Nesteen laminaarinen ja turbulenttinen virtaus ja vastaavasti Reynoldsin luvun (Re) kriittinen arvo riippuvat suuremmasta määrästä tekijöitä: painegradientista, karheusnystysten korkeudesta, turbulenssin voimakkuudesta ulkoisessa tilassa. virtaus, lämpötilaero jne. Mukavuussyistä näitä kokonaistekijöitä kutsutaan myös nopeuden häiriöksi, koska niillä on tietty vaikutus virtausnopeuteen. Jos tämä häiriö on pieni, se voidaan sammuttaa viskoottisilla voimilla, jotka pyrkivät tasoittamaan nopeuskenttää. Suurilla häiriöillä virtaus voi menettää vakauden ja ilmaantuu turbulenssia.

Ottaen huomioon, että Reynoldsin luvun fyysinen merkitys on inertia- ja viskoosien voimien suhde, virtausten häiriö kuuluu kaavan alle:

Re = ρuL/µ = ρu 2/(µ×(u/L)).

Osoittaja sisältää kaksinkertaisen nopeuden pään ja nimittäjä on kitkajännityksen suuruusluokkaa oleva arvo, jos rajakerroksen paksuudeksi otetaan L. Nopeuspaine pyrkii tuhoamaan tasapainon ja torjumaan tätä. Ei kuitenkaan ole selvää, miksi (tai nopeuspää) johtaa muutoksiin vain, kun ne ovat 1000 kertaa suurempia kuin viskoosiset voimat.

Laskelmia ja faktoja

Olisi luultavasti kätevämpää käyttää ominaisnopeudena Re cr:ssä ei absoluuttista virtausnopeutta u, vaan nopeuden häiriötä. Tässä tapauksessa kriittinen Reynolds-luku on noin 10, eli kun nopeuden painehäiriö ylittää viskoosiset jännitykset kertoimella 5, nesteen laminaarinen virtaus virtaa turbulenttiin. Tämä Re:n määritelmä selittää useiden tiedemiesten mielestä hyvin seuraavat kokeellisesti vahvistetut tosiasiat.

Ihanteellisen tasaisen nopeusprofiilin saavuttamiseksi ihanteellisesti tasaisella pinnalla perinteisesti määritetty luku Re cr pyrkii äärettömyyteen, eli mitään siirtymistä turbulenssiin ei itse asiassa havaita. Mutta Reynoldsin luku, jonka määrittää nopeushäiriön suuruus, on pienempi kuin kriittinen luku, joka on 10.

Keinotekoisten turbulaattoreiden läsnä ollessa, jotka aiheuttavat päänopeuteen verrattavan nopeuspiikin, virtaus muuttuu turbulentiksi paljon pienemmillä Reynoldsin luvun arvoilla kuin Re cr , joka määritetään nopeuden itseisarvosta. Tämä mahdollistaa kertoimen Re cr = 10 arvon käyttämisen, jossa ominaisnopeudena käytetään edellä mainituista syistä johtuvan nopeushäiriön itseisarvoa.

Laminaarivirtausjärjestelmän vakaus putkilinjassa

Laminaari- ja turbulenttinen virtaus on ominaista kaikentyyppisille nesteille ja kaasuille eri olosuhteissa. Luonnossa laminaariset virtaukset ovat harvinaisia ​​ja ovat tyypillisiä esimerkiksi kapeille maanalaisille virtauksille tasaisissa olosuhteissa. Tiedemiehet ovat paljon huolestuneempia tästä ongelmasta käytännön sovellusten yhteydessä kuljetettaessa vettä, öljyä, kaasua ja muita teknisiä nesteitä putkistojen kautta.

Kysymys laminaarivirtauksen stabiilisuudesta liittyy läheisesti päävirtauksen häiriöliikkeen tutkimukseen. On todettu, että se on alttiina niin kutsuttujen pienten häiriöiden vaikutukselle. Riippuen siitä, haalistuvatko vai kasvavatko ne ajan myötä, päävirtaa pidetään vakaana tai epävakaana.

Kokoonpuristuvien ja kokoonpuristumattomien nesteiden virtaus

Yksi nesteen laminaariseen ja turbulenttiin virtaukseen vaikuttavista tekijöistä on sen kokoonpuristuvuus. Tämä nesteen ominaisuus on erityisen tärkeä tutkittaessa epävakaiden prosessien stabiilisuutta, kun päävirtaus muuttuu nopeasti.

Tutkimukset osoittavat, että kokoonpuristumattoman nesteen laminaarivirtaus lieriömäisissä putkissa kestää suhteellisen pieniä akselisymmetrisiä ja ei-akselisymmetrisiä häiriöitä ajassa ja tilassa.

Viime aikoina on tehty laskelmia akselisymmetristen häiriöiden vaikutuksesta virtauksen stabiilisuuteen sylinterimäisen putken tuloosassa, jossa päävirtaus riippuu kahdesta koordinaatista. Tässä tapauksessa putken akselin suuntaista koordinaattia pidetään parametrina, josta riippuu nopeusprofiili päävirtausputken säteellä.

Johtopäätös

Vuosisatoja kestäneestä tutkimuksesta huolimatta ei voida sanoa, että sekä laminaarista että turbulenttia virtausta olisi tutkittu perusteellisesti. Kokeelliset tutkimukset mikrotasolla herättävät uusia kysymyksiä, jotka vaativat perusteltuja laskelmia. Tutkimuksen luonteesta on myös käytännön hyötyä: maailmaan on laitettu tuhansia kilometrejä vettä, öljyä, kaasua, tuoteputkia. Mitä enemmän teknisiä ratkaisuja otetaan käyttöön turbulenssin vähentämiseksi kuljetuksen aikana, sitä tehokkaampi se on.

Hydrodynamiikka on tärkein fysiikan haara, joka tutkii nesteen liikkeen lakeja ulkoisista olosuhteista riippuen. Tärkeä kysymys, jota käsitellään hydrodynamiikassa, on nesteen laminaarisen ja turbulenttisen virtauksen määrittäminen.

Mikä on neste?

Laminaarisen ja turbulentin nestevirtauksen ymmärtämiseksi paremmin on ensin pohdittava, mikä tämä aine on.

Fysiikassa nestettä kutsutaan yhdeksi aineen kolmesta aggregoidusta tilasta, joka tietyissä olosuhteissa pystyy säilyttämään tilavuutensa, mutta joka minimaalisten tangentiaalisten voimien vaikutuksesta muuttaa muotoaan ja alkaa virrata. Toisin kuin kiinteässä kappaleessa, nesteessä ei ole ulkoisten vaikutusten vastustusvoimia, jotka pyrkisivät palaamaan alkuperäiseen muotoonsa. Neste eroaa kaasuista siinä, että se pystyy pitämään tilavuutensa vakiona ulkoisessa paineessa ja lämpötilassa.

Nesteiden ominaisuuksia kuvaavat parametrit

Kysymys laminaarisesta ja turbulenttisesta virtauksesta määräytyy toisaalta sen järjestelmän ominaisuuksien perusteella, jossa nesteen liikettä tarkastellaan, ja toisaalta nesteen ominaisuuksien perusteella. Tässä ovat nesteiden tärkeimmät ominaisuudet:

• Tiheys. Mikä tahansa neste on homogeeninen, joten sen karakterisoimiseksi käytetään tätä fysikaalista määrää, joka heijastaa nestemäisen aineen massamäärää, joka putoaa sen yksikkötilavuuteen.
• Viskositeetti. Tämä arvo kuvaa kitkaa, joka esiintyy nesteen eri kerrosten välillä sen virtauksen aikana. Koska nesteissä olevien molekyylien potentiaalienergia on suunnilleen yhtä suuri kuin niiden kineettinen energia, se aiheuttaa jonkin verran viskositeettia kaikissa todellisissa nestemäisissä aineissa. Tämä nesteiden ominaisuus on syynä energian menetykseen niiden virtauksen aikana.
• Kokoonpuristuvuus. Ulkoisen paineen kasvaessa mikä tahansa nestemäinen aine vähentää tilavuuttaan, mutta nesteiden osalta tämän paineen on oltava riittävän suuri pienentääkseen hieman niiden tilaa, joten useimmissa käytännön tapauksissa tätä aggregaatiotilaa pidetään kokoonpuristumattomana.
• Pintajännitys. Tämä arvo määräytyy työn perusteella, joka on käytettävä nesteen yksikköpinnan muodostamiseksi. Pintajännityksen olemassaolo johtuu molekyylien välisten vuorovaikutusvoimien läsnäolosta nesteissä ja määrittää niiden kapillaariominaisuudet.

laminaari virtaus

Tutkiessamme kysymystä turbulenttisesta ja laminaarisesta virtauksesta, tarkastelemme ensin jälkimmäistä. Jos putkessa olevalle nesteelle syntyy paine-ero tämän putken päissä, se alkaa virrata. Jos aineen virtaus on rauhallista ja jokainen sen kerros liikkuu tasaista liikerataa pitkin, joka ei leikkaa muiden kerrosten liikelinjoja, puhutaan laminaarisesta virtausjärjestelmästä. Sen aikana jokainen nestemolekyyli liikkuu putkea pitkin tiettyä liikerataa pitkin.

Laminaarivirtauksen ominaisuudet ovat seuraavat:

• Nestemäisen aineen yksittäisten kerrosten välillä ei tapahdu sekoittumista.
• Kerrokset, jotka ovat lähempänä putken akselia, liikkuvat suuremmalla nopeudella kuin ne, jotka sijaitsevat sen kehällä. Tämä tosiasia liittyy kitkavoimien läsnäoloon nestemolekyylien ja putken sisäpinnan välillä.

Esimerkki laminaarisesta virtauksesta on suihkusta virtaavat yhdensuuntaiset vesisuihkut. Jos laminaariseen virtaukseen lisätään muutama tippa väriainetta, voidaan nähdä, kuinka ne vedetään suihkuun, joka jatkaa tasaista virtaamistaan ​​sekoittumatta suureen osaan nestettä.

turbulentti virtaus

Tämä tila eroaa olennaisesti laminaarista. Turbulenttinen virtaus on kaoottista virtausta, jossa jokainen molekyyli liikkuu mielivaltaista liikerataa pitkin, joka voidaan ennustaa vain alkuhetkellä. Tälle tilalle on ominaista pyörteet ja pienimääräiset ympyräliikkeet nestevirtauksessa. Siitä huolimatta yksittäisten molekyylien liikeratojen satunnaisuudesta huolimatta kokonaisvirtaus liikkuu tiettyyn suuntaan, ja tätä nopeutta voidaan luonnehtia jollain keskiarvolla.

Esimerkki turbulenttisesta virtauksesta on veden virtaus vuoristojoessa. Jos väriainetta pudotetaan sellaiseen virtaukseen, voidaan nähdä, että ensimmäisellä hetkellä ilmestyy suihku, joka alkaa kokea vääristymiä ja pieniä pyörteitä ja sitten katoaa sekoittuneena nesteen koko tilavuuteen.

Mikä määrää nesteen virtauksen?

Laminaariset tai turbulenttiset virtaustavat riippuvat kahden suuren suhteesta: nestemäisen aineen viskositeetista, joka määrää nestekerrosten välisen kitkan, ja inertiavoimista, jotka kuvaavat virtausnopeutta. Mitä viskoosimpi aine ja mitä pienempi sen virtausnopeus, sitä suurempi on laminaarivirtauksen todennäköisyys. Päinvastoin, jos nesteen viskositeetti on alhainen ja sen liikkeen nopeus on suuri, virtaus on turbulentti.

Alla on video, joka selittää selkeästi tarkasteltujen aineen virtausjärjestelmien ominaisuudet.

Kuinka määrittää virtausjärjestelmä?

Käytännön kannalta tämä kysymys on erittäin tärkeä, koska vastaus siihen liittyy esineiden liikkumisen ominaisuuksiin nestemäisessä väliaineessa ja energiahäviöiden suuruuteen.

Siirtymä laminaarisen ja turbulentin nestevirtauksen välillä voidaan arvioida käyttämällä ns. Reynoldsin lukuja. Ne ovat ulottumattomia suureita, ja ne on nimetty irlantilaisen insinöörin ja fyysikon Osborne Reynoldsin mukaan, joka 1800-luvun lopulla ehdotti niiden käyttöä nestemäisen aineen liiketavan määrittämiseen käytännössä.

Voit laskea Reynoldsin luvun (nesteen laminaarinen ja turbulenttinen virtaus putkessa) seuraavalla kaavalla: Re = ρ*D*v/μ, missä ρ ja μ ovat aineen tiheys ja viskositeetti, vastaavasti, v on sen virtauksen keskinopeus, D on putkien halkaisija. Kaavassa osoittaja heijastaa inertiavoimia tai virtausta ja nimittäjä määrittää kitkavoimat tai viskositeetin. Tästä voimme päätellä, että jos tarkasteltavan järjestelmän Reynoldsin luku on suuri, neste virtaa turbulenttisessa tilassa ja päinvastoin, pienet Reynoldsin luvut osoittavat laminaarisen virtauksen olemassaolon.

Reynolds-lukujen erityismerkityksiä ja niiden käyttöä

Kuten edellä mainittiin, Reynoldsin lukua voidaan käyttää laminaarisen ja turbulentin virtauksen määrittämiseen. Ongelmana on, että se riippuu järjestelmän ominaisuuksista, esimerkiksi jos putken sisäpinnassa on epäsäännöllisyyksiä, siinä alkaa turbulentti veden virtaus pienemmillä virtausnopeuksilla kuin tasaisessa.

Monien kokeiden tilastot ovat osoittaneet, että riippumatta nesteen järjestelmästä ja luonteesta, jos Reynoldsin luku on pienempi kuin 2000, tapahtuu laminaarista liikettä, mutta jos se on suurempi kuin 4000, virtauksesta tulee turbulentti. Numeroiden väliarvot (2000 - 4000) osoittavat siirtymäkauden olemassaolon.

Näitä Reynoldsin lukuja käytetään määrittämään erilaisten teknisten esineiden ja laitteiden liikkeitä nestemäisissä väliaineissa, tutkimaan veden virtausta erimuotoisten putkien läpi, ja niillä on myös tärkeä rooli joidenkin biologisten prosessien, esimerkiksi liikkeen, tutkimuksessa. mikro-organismeja ihmisen verisuonissa.

Osio on erittäin helppokäyttöinen. Kirjoita vain haluamasi sana ehdotettuun kenttään, ja annamme sinulle luettelon sen merkityksistä. Haluaisin huomauttaa, että sivustomme tarjoaa tietoja eri lähteistä - tietosanakirjasta, selittävistä ja johdantosanakirjoista. Täällä voit myös tutustua esimerkkeihin kirjoittamasi sanan käytöstä.

Mitä "laminaarivirtaus" tarkoittaa?

Ensyklopedinen sanakirja, 1998

laminaari virtaus

LAMINAARI VIRTAUS (latinasta lamina - levy, nauha) virtaus, jossa neste (tai kaasu) liikkuu kerroksittain sekoittumatta. Laminaarivirtauksen olemassaolo on mahdollista vain tiettyyn ns. kriittinen, Reynoldsin luku Recr. Kun Re on kriittistä arvoa suurempi, laminaarivirtaus muuttuu turbulentiksi.

laminaari virtaus

(lat. lamina ≈ plate), nesteen tai kaasun järjestetty virtaus, jossa neste (kaasu) liikkuu ikään kuin kerroksittain yhdensuuntaisina virtaussuunnan kanssa ( riisi.). L. t. havaitaan joko erittäin viskooseissa nesteissä tai virtauksissa, jotka tapahtuvat riittävän pienillä nopeuksilla, samoin kuin silloin, kun neste virtaa hitaasti pienikokoisten kappaleiden ympärillä. Erityisesti L. t. tapahtuvat kapeissa (kapillaari) putkissa, voiteluainekerroksessa laakereissa, ohuessa rajakerroksessa, joka muodostuu lähelle kappaleiden pintaa, kun neste tai kaasu virtaa niiden ympärillä jne. Tietyn nesteen liikenopeuden lisääntyessä L. t. voi jossain vaiheessa mennä epäjärjestyneeseen turbulenttiin virtaukseen. Tässä tapauksessa liikevastusvoima muuttuu jyrkästi. Nesteen virtausjärjestelmälle on ominaista ns. Reynoldsin numero Re. Kun Re:n arvo on pienempi kuin tietty kriittinen luku Rekp, on L. t. nestettä; jos Re > Rekp, virtausjärjestelmä voi muuttua turbulentiksi. Recr:n arvo riippuu tarkasteltavan virtauksen tyypistä. Siten virtaukselle pyöreissä putkissa Recr » 2200 (jos ominaisnopeus on keskimääräinen nopeus poikkileikkauksella ja ominaismitta on putken halkaisija). Siksi Rekp< 2200 течение жидкости в трубе будет Л. т. Расход жидкости при Л. т. в трубе определяется Пуазёйля законом.

nestemäistä liikettä

Lukuisat liikkuvien nesteiden kokeelliset tutkimukset ovat tehneet mahdolliseksi osoittaa, että nesteitä on kaksi liiketapaa. Englantilainen fyysikko O. Reynolds suoritti täydellisimmät nesteiden liikkumistapojen laboratoriotutkimukset laitteistolla (kuva 10.1), joka koostui vesisäiliöstä. 1 ,

Riisi. 10.1. Asennuskaavio nesteen liiketilojen esittelyyn

Lasiputki 7 nosturin kanssa 8 ja alus 4 maalin vesiliuoksella, joka voidaan syöttää ohuena virtana lasiputkeen 6 hanaa avattaessa 5 . Astian täyttäminen 1 suoritetaan hanasta 2 venttiilin kanssa 3 .

Alhaisilla vesivirtausnopeuksilla maali ei käytännössä sekoitu siihen, ja nestevirtauksen kerroksinen luonne ja sekoittumisen puuttuminen näkyvät.

Painemittari kytketty putkeen 7 (se ei näy kaaviossa), näyttää paineen pysyvyyden p ja nopeus v, ei värähtelyjä (pulsaatioita). Tämä ns laminaari virtaus(latinan sanasta lamina-teippi, nauha), ts. teippi, kerrostettu.

Lisäämällä asteittain veden virtausnopeutta putkessa avaamalla hana 8 virtauskuvio ei aluksi muutu, ja sitten se muuttuu tietyllä nopeudella nopeasti. Vesivirtaan alkaa sekoittua maalipisara, nesteen pyörteiden muodostuminen ja pyörivä liike tulee havaittavaksi ja vesivirtauksessa esiintyy jatkuvia paineen ja nopeuksien pulsaatioita. Virrasta tulee, kuten sitä yleisesti kutsutaan, myrskyisä(latinan sanasta turbulentus- häiriötön).

Jos virtausnopeutta pienennetään, laminaarivirtaus palautuu.

Niin, laminaarinen kutsutaan kerrosvirtaukseksi ilman nestehiukkasten sekoittumista ja ilman nopeuden ja paineen pulsaatiota. Tällaisella virtauksella kaikki nestevirtauslinjat määräytyvät täysin kanavan muodon mukaan. Laminaarivirtauksessa putkessa kaikki virtaviivat suuntautuvat putken akselin suuntaisesti. Laminaarivirtaus tilataan tiukasti tasaisen virtauksen vakiopaineella Laminaarista järjestelmää havaitaan pääasiassa viskoosien nesteiden (öljy, voiteluöljyt jne.) ja vähemmän viskoosien nesteiden liikkeen aikana, kun ne virtaavat pienillä nopeuksilla.

myrskyisä kutsutaan virtaukseksi, johon liittyy nesteen voimakas sekoittuminen ja nopeuksien ja paineen pulsaatio. Yksittäisten hiukkasten liike osoittautuu kaoottiseksi, järjettömäksi. Aksiaalisen liikkeen ohella havaitaan yksittäisten nestetilavuuksien pyörimis- ja poikittaisliike. Tämä selittää nopeuksien ja paineen pulsaatiot. Reynolds havaitsi, että tärkeimmät nesteen liikkeen luonteen määräävät tekijät ovat nesteen keskimääräinen nopeus v, putkilinjan halkaisija D ja nesteen kinemaattinen viskositeetti n. Ottaen huomioon näiden tekijöiden vaikutuksen Reynolds ehdotti digitaalista dimensiotonta kriteeriä nesteen liiketilan määrittämiseksi.

Re=v D/n,

jossa Re on dimensioton Reynoldsin luku tai Reynoldsin kriteeri.

Kun tiedät tämän kaavan oikealla puolella olevat parametrit, voit laskea Re:n arvon.

Nopeus, jossa tietyllä nesteellä ja tietyllä putkilinjan halkaisijalla tapahtuu muutos liiketiloissa, nimeltään kriittinen.

Kuten kokemus osoittaa, pyöreän poikkileikkauksen omaaville putkille Reynoldsin luvun kriittinen arvo, josta nesteen liikkeen pyörteinen toiminta alkaa, on 2320. Siten Reynoldsin kriteerin avulla voidaan arvioida nesteen liiketapaa putkessa. osoitteessa Re< 2320 - liike on laminaarinen ja Re > 2320- turbulentti liike.