Լամինար հոսքի լուսանկարում

շերտավոր հոսք- հեղուկի կամ գազի հանգիստ հոսք՝ առանց խառնվելու։ Հեղուկը կամ գազը շարժվում են շերտերով, որոնք սահում են միմյանց դեմ: Շերտերի արագության մեծացման կամ հեղուկի մածուցիկության նվազման հետ շերտային հոսքը դառնում է տուրբուլենտ: Յուրաքանչյուր հեղուկի կամ գազի համար այս կետը տեղի է ունենում որոշակի Ռեյնոլդսի թվով:

Նկարագրություն

Շերտավոր հոսքեր նկատվում են կա՛մ շատ մածուցիկ հեղուկներում, կա՛մ բավական ցածր արագություններով տեղի ունեցող հոսքերում, ինչպես նաև փոքր մարմինների շուրջ հեղուկի դանդաղ հոսքում: Մասնավորապես, շերտավոր հոսքերը տեղի են ունենում նեղ (մազանոթ) խողովակներում, առանցքակալների մեջ՝ քսանյութի շերտում, մարմինների մակերևույթի մոտ առաջացող բարակ սահմանային շերտում, երբ դրանց շուրջը հոսում է հեղուկ կամ գազ և այլն։ Արագության աճով։ Այս հեղուկից շերտավոր հոսքը կարող է մի պահ անցնել խանգարված տուրբուլենտ հոսքի մեջ: Այս դեպքում շարժման դիմադրության ուժը կտրուկ փոխվում է։ Հեղուկի հոսքի ռեժիմը բնութագրվում է այսպես կոչված Ռեյնոլդսի թվով (Re).

Երբ արժեքը Re որոշակի կրիտիկական թվից պակաս Re kp, տեղի են ունենում շերտավոր հեղուկի հոսքեր. եթե Re > Re kp , հոսքի ռեժիմը կարող է դառնալ տուրբուլենտ : Re cr արժեքը կախված է դիտարկվող հոսքի տեսակից: Այսպիսով, հոսքի համար կլոր խողովակներ Re cr ≈ 2200 (եթե բնորոշ արագությունը միջին արագությունն է խաչմերուկի վրա, իսկ բնորոշ չափը խողովակի տրամագիծն է): Հետեւաբար, Re kp-ի համար< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Արագության բաշխում

Արագության միջինացման պրոֆիլը.
ա - շերտավոր հոսք
բ - տուրբուլենտ հոսք

Անսահման երկար խողովակի մեջ շերտավոր հոսքի դեպքում խողովակի ցանկացած հատվածում արագությունը տատանվում է ըստ. V-V օրենք 0 (1 - r 2 /a 2 ), որտեղ ա - խողովակի շառավիղը, r - հեռավորությունը առանցքից, V 0 \u003d 2V sr - առանցքային (թվային առավելագույն) հոսքի արագություն; համապատասխան պարաբոլիկ արագության պրոֆիլը ներկայացված է նկ. ա.

Շփման լարումը տատանվում է շառավղով ըստ գծային օրենքի τ=τ w r/a որտեղ τ w = 4μVav/a - խողովակի պատի վրա շփման լարվածություն.

Միատեսակ շարժման ժամանակ խողովակում մածուցիկ շփման ուժերը հաղթահարելու համար պետք է լինի երկայնական ճնշման անկում, որը սովորաբար արտահայտվում է հավասարությամբ. P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2 /2 որտեղ P1 և P2 - ճնշում k.-n-ում: երկու խաչմերուկ հեռավորության վրա լ միմյանցից λ - գործակից դիմադրություն կախված Re լամինար հոսքի համար λ = 64 / Re .

Հեղուկի և գազի հոսքերի հատկությունների ուսումնասիրությունը շատ կարևոր է արդյունաբերության և կոմունալ ծառայությունների համար: Լամինար և տուրբուլենտ հոսքը ազդում է ջրի, նավթի տեղափոխման արագության վրա, բնական գազխողովակաշարերի միջոցով տարբեր նպատակներով, ազդում է այլ պարամետրերի վրա: Այս խնդիրներով զբաղվում է հիդրոդինամիկայի գիտությունը։

Դասակարգում

Գիտական ​​համայնքում հեղուկների և գազերի հոսքի ռեժիմները բաժանվում են երկու բոլորովին տարբեր դասերի.

• լամինար (ռետ);
• բուռն.

Կա նաև անցումային փուլ. Ի դեպ, «հեղուկ» տերմինը լայն իմաստ ունի՝ այն կարող է լինել անսեղմելի (սա իրականում հեղուկ է), սեղմվող (գազային), հաղորդիչ և այլն։

Նախապատմություն

Նույնիսկ Մենդելեևը 1880 թվականին արտահայտեց հոսանքների երկու հակադիր ռեժիմների գոյության գաղափարը։ Բրիտանացի ֆիզիկոս և ինժեներ Օսբորն Ռեյնոլդսն ավելի մանրամասն ուսումնասիրել է այս հարցը՝ ավարտելով իր հետազոտությունը 1883 թվականին։ Նախ, գործնականում, ապա բանաձևերի օգնությամբ նա հաստատեց, որ ցածր հոսքի արագությամբ հեղուկների շարժումը ձեռք է բերում շերտավոր ձև. շերտերը (մասնիկների հոսքերը) գրեթե չեն խառնվում և շարժվում են զուգահեռ հետագծերով: Այնուամենայնիվ, որոշակի կրիտիկական արժեք հաղթահարելուց հետո (համար տարբեր պայմաններայն տարբեր է), որը կոչվում է Ռեյնոլդսի համար, հեղուկի հոսքի ռեժիմները փոխվում են. ռեակտիվ հոսքը դառնում է քաոսային, հորձանուտ, այսինքն՝ տուրբուլենտ: Ինչպես պարզվեց, այս պարամետրերը որոշակիորեն բնորոշ են նաև գազերին։

Անգլիացի գիտնականի գործնական հաշվարկները ցույց են տվել, որ, օրինակ, ջրի վարքագիծը մեծապես կախված է ջրամբարի (խողովակ, ալիք, մազանոթ և այլն) ձևից և չափից, որով այն հոսում է։ Շրջանաձև խաչմերուկ ունեցող խողովակներում (այդպիսիք օգտագործվում են ճնշման խողովակաշարերի տեղադրման համար), դրանց Ռեյնոլդսի համարը - բանաձևը նկարագրված է հետևյալ կերպ. Re-ի ավելի ցածր արժեքների դեպքում հոսքը կկազմակերպվի, ընդհանուր առմամբ՝ քաոսային:

շերտավոր հոսք

Լամինար հոսքի և տուրբուլենտ հոսքի միջև տարբերությունը ջրի (գազի) հոսքերի բնույթի և ուղղության մեջ է: Նրանք շարժվում են շերտերով, առանց խառնվելու և առանց պուլսացիաների։ Այսինքն՝ շարժումը հավասարաչափ է՝ առանց ճնշման, ուղղության և արագության անկանոն ցատկերի։

Հեղուկի շերտավոր հոսքը ձևավորվում է, օրինակ, նեղ կենդանի էակներում, բույսերի մազանոթներում և, համեմատելի պայմաններում, շատ մածուցիկ հեղուկների հոսքի մեջ (մազութը խողովակաշարով): Շիթային հոսքը տեսողականորեն տեսնելու համար բավական է մի փոքր բացել ծորակը. ջուրը հոսելու է հանգիստ, համաչափ, առանց խառնվելու: Եթե ​​ծորակը փակվի մինչև վերջ, ապա համակարգում ճնշումը կմեծանա, և հոսքը կդառնա քաոսային։

տուրբուլենտ հոսք

Ի տարբերություն շերտավոր հոսքի, որտեղ մոտակա մասնիկները շարժվում են գրեթե զուգահեռ հետագծերով, հեղուկի տուրբուլենտ հոսքը խանգարում է։ Եթե ​​օգտագործենք Լագրանժի մոտեցումը, ապա մասնիկների հետագծերը կարող են կամայականորեն հատվել և իրենց պահել բավականին անկանխատեսելի: Այս պայմաններում հեղուկների և գազերի շարժումները միշտ անկայուն են, և այդ անկայունության պարամետրերը կարող են ունենալ շատ լայն տիրույթ:

Թե ինչպես է գազի հոսքի լամինար ռեժիմը վերածվում տուրբուլենտի, կարելի է հետևել անշարժ օդում վառվող ծխախոտից ծխի մի կտորի օրինակով: Սկզբում մասնիկները շարժվում են գրեթե զուգահեռ հետագծերով, որոնք ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում։ Ծուխը կարծես անշարժ է։ Հետո ինչ-որ տեղ հանկարծակի առաջանում են մեծ հորձանուտներ, որոնք շարժվում են միանգամայն պատահական։ Այս հորձանուտները բաժանվում են փոքրերի, նրանք էլ ավելի փոքրերի և այլն։ Ի վերջո, ծուխը գործնականում խառնվում է շրջակա օդի հետ:

տուրբուլենտության ցիկլեր

Վերոնշյալ օրինակը դասագիրք է, և նրա դիտարկումից գիտնականները հետևյալ եզրակացություններն են արել.

1. Շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքը հավանականական բնույթ ունի. մի ռեժիմից մյուսին անցումը տեղի է ունենում ոչ թե ճշգրիտ նշված վայրում, այլ բավականին կամայական, պատահական վայրում:
2. Նախ, առաջանում են մեծ պտույտներ, որոնց չափերն ավելի մեծ են, քան ծխի բլրի չափերը։ Շարժումը դառնում է անկայուն և խիստ անիզոտրոպ: Խոշոր հոսքերը կորցնում են իրենց կայունությունը և բաժանվում են ավելի ու ավելի փոքր հոսքերի: Այսպիսով, առաջանում է հորձանուտների մի ամբողջ հիերարխիա։ Նրանց շարժման էներգիան փոխանցվում է մեծից փոքր, և այս գործընթացի վերջում այն ​​անհետանում է. էներգիայի ցրումը տեղի է ունենում փոքր մասշտաբներով:
3. Հոսանքի տուրբուլենտ ռեժիմն է պատահական կերպարԱյս կամ այն ​​հորձանուտը կարող է լինել միանգամայն կամայական, անկանխատեսելի վայրում:
4. Ծխի խառնումը շրջակա օդի հետ գործնականում չի առաջանում շերտավոր հոսքի տակ, իսկ տուրբուլենտ հոսքի դեպքում այն ​​շատ ինտենսիվ է։
5. Չնայած այն հանգամանքին, որ սահմանային պայմանները անշարժ են, տուրբուլենտությունն ինքնին ունի ընդգծված ոչ ստացիոնար բնույթ. բոլոր գազադինամիկ պարամետրերը փոխվում են ժամանակի ընթացքում:

Կա ևս մեկը կարևոր գույքտուրբուլենտություն. այն միշտ եռաչափ է: Նույնիսկ եթե հաշվի առնենք միաչափ հոսքը խողովակում կամ երկչափ սահմանային շերտում, ապա տուրբուլենտ պտույտների շարժումը դեռ տեղի է ունենում բոլոր երեք կոորդինատային առանցքների ուղղություններով:

Ռեյնոլդսի համարը՝ բանաձև

Լամինարից տուրբուլենտի անցումը բնութագրվում է այսպես կոչված կրիտիկական Ռեյնոլդսի թվով.

Re cr = (ρuL/µ) cr,

որտեղ ρ-ը հոսքի խտությունն է, u-ը հոսքի բնորոշ արագությունն է. L-ն հոսքի բնորոշ չափն է, μ-ը գործակիցն է cr-ը շրջանաձև խաչմերուկ ունեցող խողովակի միջով հոսքն է:

Օրինակ, խողովակի մեջ u արագությամբ հոսքի համար Օսբորն Ռեյնոլդսն օգտագործվում է որպես L և ցույց է տալիս, որ այս դեպքում 2300

Նմանատիպ արդյունք է ստացվում ափսեի սահմանային շերտում: Որպես բնորոշ չափս՝ վերցվում է ափսեի առաջնային եզրից հեռավորությունը, այնուհետև՝ 3 × 10 5

Արագության խանգարման հայեցակարգը

Շերտավոր և տուրբուլենտ հեղուկի հոսքը և, համապատասխանաբար, Ռեյնոլդսի թվի կրիտիկական արժեքը (Re) կախված են ավելի մեծ թվով գործոններից՝ ճնշման գրադիենտից, կոշտության բախումների բարձրությունից, արտաքին հոսքի տուրբուլենտության ինտենսիվությունից, ջերմաստիճանի տարբերությունից։ և այլն: Հարմարության համար այս ընդհանուր գործոնները կոչվում են նաև արագության խանգարում, քանի որ դրանք որոշակի ազդեցություն ունեն հոսքի արագության վրա: Եթե ​​այս խառնաշփոթը փոքր է, այն կարող է մարվել մածուցիկ ուժերով, որոնք ձգտում են հավասարեցնել արագության դաշտը: Խոշոր խանգարումների դեպքում հոսքը կարող է կորցնել կայունությունը, և տուրբուլենտություն է առաջանում:

Հաշվի առնելով, որ Ռեյնոլդսի թվի ֆիզիկական նշանակությունը իներցիոն ուժերի և մածուցիկ ուժերի հարաբերակցությունն է, հոսքերի խանգարումը ընկնում է բանաձևի տակ.

Re = ρuL/µ = ρu 2 /(µ×(u/L)):

Համարիչը պարունակում է կրկնակի արագության գլուխ, իսկ հայտարարը շփման լարվածության կարգի արժեք է, եթե սահմանային շերտի հաստությունը վերցված է որպես L։ Արագության ճնշումը ձգտում է ոչնչացնել հավասարակշռությունը և հակազդել դրան: Այնուամենայնիվ, պարզ չէ, թե ինչու (կամ արագության գլուխը) հանգեցնում է փոփոխությունների միայն այն դեպքում, երբ դրանք 1000 անգամ ավելի մեծ են, քան մածուցիկ ուժերը:

Հաշվարկներ և փաստեր

Հավանաբար, ավելի հարմար կլինի Re cr-ում որպես բնորոշ արագություն օգտագործել ոչ թե հոսքի բացարձակ արագությունը u, այլ արագության խանգարումը: Այս դեպքում Ռեյնոլդսի կրիտիկական թիվը կլինի մոտ 10, այսինքն, երբ արագության ճնշման շեղումը գերազանցում է մածուցիկ լարումները 5-ով, հեղուկի շերտավոր հոսքը հոսում է տուրբուլենտի մեջ: Re-ի այս սահմանումը, մի շարք գիտնականների կարծիքով, լավ բացատրում է հետևյալ փորձարարորեն հաստատված փաստերը.

Իդեալական հարթ մակերևույթի վրա իդեալականորեն միատեսակ արագության պրոֆիլի համար ավանդաբար որոշված ​​Re cr թիվը ձգտում է դեպի անսահմանություն, այսինքն՝ իրականում անցում դեպի տուրբուլենտություն չի նկատվում: Բայց Ռեյնոլդսի թիվը, որը որոշվում է արագության շեղման մեծությամբ, փոքր է կրիտիկականից, որը 10 է։

Արհեստական ​​տուրբուլատորների առկայության դեպքում, որոնք առաջացնում են արագության բարձրացում, որը համեմատելի է հիմնական արագության հետ, հոսքը դառնում է տուրբուլենտ Ռեյնոլդսի թվի շատ ավելի ցածր արժեքներով, քան Recr-ը, որը որոշվում է արագության բացարձակ արժեքից: Սա հնարավորություն է տալիս օգտագործել Re cr = 10 գործակցի արժեքը, որտեղ որպես բնորոշ արագություն օգտագործվում է վերը նշված պատճառներով առաջացած արագության խանգարման բացարձակ արժեքը:

Խողովակաշարում լամինար հոսքի ռեժիմի կայունությունը

Շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքը բնորոշ է բոլոր տեսակի հեղուկներին և գազերին տարբեր պայմաններում։ Բնության մեջ շերտավոր հոսքերը հազվադեպ են և բնորոշ են, օրինակ՝ հարթ պայմաններում նեղ ստորգետնյա հոսքերի համար։ Գիտնականներին շատ ավելի մտահոգում է այս հարցը խողովակաշարերով ջրի, նավթի, գազի և այլ տեխնիկական հեղուկների տեղափոխման գործնական կիրառման համատեքստում:

Լամինար հոսքի կայունության հարցը սերտորեն կապված է հիմնական հոսքի խանգարված շարժման ուսումնասիրության հետ: Հաստատված է, որ այն ենթարկվում է այսպես կոչված փոքր շեղումների ազդեցության։ Կախված նրանից, թե դրանք ժամանակի ընթացքում մարում կամ աճում են, հիմնական հոսանքը համարվում է կայուն կամ անկայուն:

Սեղմվող և չսեղմվող հեղուկների հոսքը

Հեղուկի շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքի վրա ազդող գործոններից մեկը նրա սեղմելիությունն է: Հեղուկի այս հատկությունը հատկապես կարևոր է հիմնական հոսքի արագ փոփոխությամբ անկայուն գործընթացների կայունությունն ուսումնասիրելիս:

Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ գլանաձև խողովակներում չսեղմվող հեղուկի շերտային հոսքը դիմացկուն է ժամանակի և տարածության համեմատաբար փոքր առանցքի սիմետրիկ և ոչ առանցքի սիմետրիկ խանգարումներին:

Վերջերս հաշվարկներ են իրականացվել գլանաձև խողովակի մուտքային մասում առանցքսիմետրիկ շեղումների ազդեցության վրա հոսքի կայունության վրա, որտեղ հիմնական հոսքը կախված է երկու կոորդինատներից: Այս դեպքում խողովակի առանցքի երկայնքով կոորդինատը դիտվում է որպես պարամետր, որից կախված է հիմնական հոսքի խողովակի շառավղով արագության պրոֆիլը:

Եզրակացություն

Չնայած դարավոր ուսումնասիրություններին, չի կարելի ասել, որ թե՛ շերտավոր, թե՛ տուրբուլենտ հոսքը մանրակրկիտ ուսումնասիրվել է։ Միկրոմակարդակի փորձարարական ուսումնասիրությունները նոր հարցեր են առաջացնում, որոնք պահանջում են հիմնավորված հաշվարկի հիմնավորում: Հետազոտության բնույթը նաև գործնական կիրառություն ունի. աշխարհում անցկացվել են հազարավոր կիլոմետրեր ջրի, նավթի, գազի, արտադրանքի խողովակաշարեր։ Որքան շատ տեխնիկական լուծումներ ներկայացվեն փոխադրումների ժամանակ տուրբուլենտությունը նվազեցնելու համար, այնքան այն ավելի արդյունավետ կլինի։

Հիդրոդինամիկան ֆիզիկայի ամենակարևոր ճյուղն է, որն ուսումնասիրում է հեղուկի շարժման օրենքները՝ կախված արտաքին պայմաններից։ Կարևոր խնդիր, որը դիտարկվում է հիդրոդինամիկայի մեջ, հեղուկի շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքի որոշման հարցն է։

Ի՞նչ է հեղուկը:

Լամինար և տուրբուլենտ հեղուկի հոսքի հարցը ավելի լավ հասկանալու համար անհրաժեշտ է նախ դիտարկել, թե ինչ է այս նյութը:

Հեղուկը ֆիզիկայում կոչվում է նյութի 3 ընդհանուր վիճակներից մեկը, որը տվյալ պայմաններում կարողանում է պահպանել իր ծավալը, բայց որը նվազագույն շոշափող ուժերի ազդեցությամբ փոխում է իր ձևը և սկսում հոսել։ Ի տարբերություն պինդ մարմնի, հեղուկում չկան արտաքին ազդեցությունների դիմադրության ուժեր, որոնք հակված են վերադառնալու իր սկզբնական ձևին: Հեղուկը տարբերվում է գազերից նրանով, որ կարողանում է պահպանել իր ծավալը մշտական ​​արտաքին ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում:

Հեղուկների հատկությունները նկարագրող պարամետրեր

Շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքի հարցը որոշվում է մի կողմից այն համակարգի հատկություններով, որոնցում դիտարկվում է հեղուկի շարժումը, իսկ մյուս կողմից՝ հեղուկ նյութի բնութագրերով։ Ահա հեղուկների հիմնական հատկությունները.

• Խտություն. Ցանկացած հեղուկ միատարր է, հետևաբար, այն բնութագրելու համար օգտագործվում է այս ֆիզիկական մեծությունը, որն արտացոլում է հեղուկ նյութի զանգվածի քանակը, որն ընկնում է դրա միավորի ծավալի վրա։
• Մածուցիկություն. Այս արժեքը բնութագրում է շփումը, որը տեղի է ունենում հեղուկի տարբեր շերտերի միջև դրա հոսքի ընթացքում: Քանի որ հեղուկներում մոլեկուլների պոտենցիալ էներգիան մոտավորապես հավասար է նրանց կինետիկ էներգիային, այն առաջացնում է որոշակի մածուցիկության առկայություն ցանկացած իրական հեղուկ նյութում: Հեղուկների այս հատկությունն է նրանց հոսքի ընթացքում էներգիայի կորստի պատճառը։
• Սեղմելիություն. Արտաքին ճնշման բարձրացմամբ, ցանկացած հեղուկ նյութ նվազեցնում է իր ծավալը, սակայն հեղուկների համար այս ճնշումը պետք է լինի այնքան մեծ, որ փոքր-ինչ նվազեցնի նրանց զբաղեցրած ծավալը, հետևաբար, շատ գործնական դեպքերում, ագրեգացման այս վիճակը համարվում է անսեղմելի:
• Մակերեւութային լարվածություն. Այս արժեքը որոշվում է աշխատանքով, որը պետք է ծախսվի հեղուկի միավոր մակերեսը ձևավորելու համար: Մակերեւութային լարվածության առկայությունը պայմանավորված է հեղուկներում միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերի առկայությամբ և որոշում է դրանց մազանոթային հատկությունները։

շերտավոր հոսք

Ուսումնասիրելով տուրբուլենտ և շերտավոր հոսքի հարցը՝ նախ դիտարկում ենք վերջինս։ Եթե ​​խողովակի մեջ գտնվող հեղուկի համար այս խողովակի ծայրերում ճնշման տարբերություն ստեղծվի, ապա այն կսկսի հոսել։ Եթե ​​նյութի հոսքը հանգիստ է, և նրա յուրաքանչյուր շերտը շարժվում է հարթ հետագծով, որը չի հատում մյուս շերտերի շարժման գծերը, ապա խոսվում է շերտավոր հոսքի ռեժիմի մասին։ Դրա ընթացքում յուրաքանչյուր հեղուկի մոլեկուլ խողովակի երկայնքով շարժվում է որոշակի հետագծով։

Լամինար հոսքի առանձնահատկությունները հետևյալն են.

• Հեղուկ նյութի առանձին շերտերի միջև խառնում չկա:
• Շերտերը, որոնք ավելի մոտ են խողովակի առանցքին, շարժվում են ավելի մեծ արագությամբ, քան նրանք, որոնք գտնվում են դրա ծայրամասում: Այս փաստը կապված է հեղուկի մոլեկուլների և խողովակի ներքին մակերեսի միջև շփման ուժերի առկայության հետ:

Լամինար հոսքի օրինակ են ջրի զուգահեռ շիթերը, որոնք հոսում են ցնցուղից: Եթե ​​մի քանի կաթիլ ներկ ավելացնեն շերտավոր հոսքին, ապա կարելի է տեսնել, թե ինչպես են դրանք քաշվում շիթով, որը շարունակում է իր հարթ հոսքը՝ առանց հեղուկի ծավալի մեջ խառնվելու։

տուրբուլենտ հոսք

Այս ռեժիմը սկզբունքորեն տարբերվում է լամինարից: Անհանգիստ հոսքը քաոսային հոսք է, որի ժամանակ յուրաքանչյուր մոլեկուլ շարժվում է կամայական հետագծի երկայնքով, որը հնարավոր է կանխատեսել միայն ժամանակի սկզբնական պահին: Այս ռեժիմը բնութագրվում է հեղուկի հոսքի մեջ փոքր ծավալների պտույտներով և շրջանաձև շարժումներով: Այնուամենայնիվ, չնայած առանձին մոլեկուլների հետագծերի պատահականությանը, ընդհանուր հոսքը շարժվում է որոշակի ուղղությամբ, և այս արագությունը կարող է բնութագրվել որոշ միջին արժեքով:

Անհանգիստ հոսքի օրինակ է ջրի հոսքը լեռնային գետում: Եթե ​​ներկը թափվի նման հոսքի մեջ, ապա կարելի է տեսնել, որ ժամանակի սկզբում կհայտնվի շիթ, որը կսկսի աղավաղումներ և փոքր պտույտներ զգալ, այնուհետև կվերանա՝ խառնվելով հեղուկի ամբողջ ծավալին:

Ի՞նչն է որոշում հեղուկի հոսքը:

Շերտավոր կամ տուրբուլենտ հոսքի ռեժիմները կախված են երկու մեծությունների հարաբերակցությունից՝ հեղուկ նյութի մածուցիկությունից, որը որոշում է հեղուկի շերտերի միջև շփումը, և իներցիոն ուժերը, որոնք բնութագրում են հոսքի արագությունը։ Որքան ավելի մածուցիկ է նյութը և որքան ցածր է դրա հոսքի արագությունը, այնքան մեծ է շերտավոր հոսքի հավանականությունը: Եվ հակառակը, եթե հեղուկի մածուցիկությունը ցածր է, իսկ շարժման արագությունը՝ բարձր, ապա հոսքը կլինի տուրբուլենտ։

Ստորև ներկայացված է տեսանյութ, որը հստակ բացատրում է նյութի հոսքի դիտարկված ռեժիմների առանձնահատկությունները:

Ինչպե՞ս որոշել հոսքի ռեժիմը:

Պրակտիկայի համար այս հարցը շատ կարևոր է, քանի որ դրա պատասխանը կապված է հեղուկ միջավայրում առարկաների շարժման առանձնահատկությունների և էներգիայի կորուստների մեծության հետ:

Լամինար և տուրբուլենտ հեղուկի հոսքի միջև անցումը կարելի է գնահատել՝ օգտագործելով այսպես կոչված Ռեյնոլդսի թվերը: Դրանք անչափ մեծություն են և անվանվել են ի պատիվ իռլանդացի ինժեներ և ֆիզիկոս Օսբորն Ռեյնոլդսի, ով 19-րդ դարի վերջում առաջարկել է դրանք օգտագործել հեղուկ նյութի շարժման ռեժիմը գործնականում որոշելու համար:

Դուք կարող եք հաշվարկել Ռեյնոլդսի թիվը (խողովակի մեջ հեղուկի շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքը) օգտագործելով հետևյալ բանաձևը. Re = ρ*D*v/μ, որտեղ ρ և μ նյութի խտությունն ու մածուցիկությունն են, համապատասխանաբար, v է դրա հոսքի միջին արագությունը, D-ը տրամագծի խողովակներն է: Բանաձևում համարիչն արտացոլում է իներցիոն ուժերը կամ հոսքը, իսկ հայտարարը որոշում է շփման ուժերը կամ մածուցիկությունը։ Այստեղից կարելի է եզրակացնել, որ եթե դիտարկվող համակարգի համար Ռեյնոլդսի թիվը մեծ է, ապա հեղուկը հոսում է տուրբուլենտ ռեժիմով, և հակառակը, փոքր Ռեյնոլդսի թվերը ցույց են տալիս շերտավոր հոսքի առկայությունը։

Ռեյնոլդսի թվերի հատուկ նշանակությունը և դրանց օգտագործումը

Ինչպես նշվեց վերևում, Ռեյնոլդսի թիվը կարող է օգտագործվել շերտավոր և տուրբուլենտ հոսքը որոշելու համար: Խնդիրն այն է, որ դա կախված է համակարգի առանձնահատկություններից, օրինակ, եթե խողովակն ունի անկանոնություններ իր ներքին մակերևույթի վրա, ապա դրա մեջ ջրի տուրբուլենտ հոսքը կսկսվի ավելի ցածր հոսքի արագությամբ, քան հարթում:

Բազմաթիվ փորձերի վիճակագրությունը ցույց է տվել, որ, անկախ հեղուկի համակարգից և բնույթից, եթե Ռեյնոլդսի թիվը 2000-ից փոքր է, ապա տեղի է ունենում շերտավոր շարժում, իսկ եթե այն մեծ է 4000-ից, ապա հոսքը դառնում է տուրբուլենտ: Թվերի միջանկյալ արժեքները (2000-ից մինչև 4000) ցույց են տալիս անցումային ռեժիմի առկայությունը:

Ռեյնոլդսի այս թվերն օգտագործվում են հեղուկ միջավայրում տարբեր տեխնիկական առարկաների և ապարատների շարժումը որոշելու, տարբեր ձևերի խողովակներով ջրի հոսքը ուսումնասիրելու համար, ինչպես նաև կարևոր դեր են խաղում որոշ կենսաբանական պրոցեսների ուսումնասիրության մեջ, օրինակ՝ շարժումը: միկրոօրգանիզմների առկայությունը մարդու արյան անոթներում.

Բաժինը շատ հեշտ է օգտագործել: Առաջարկվող դաշտում պարզապես մուտքագրեք ցանկալի բառը, և մենք ձեզ կտրամադրենք դրա իմաստների ցանկը: Նշեմ, որ մեր կայքը տրամադրում է տվյալներ տարբեր աղբյուրներից՝ հանրագիտարանային, բացատրական, ածանցյալ բառարաններից։ Այստեղ կարող եք ծանոթանալ նաև ձեր մուտքագրած բառի օգտագործման օրինակներին։

Ի՞նչ է նշանակում «լամինար հոսք»:

Հանրագիտարանային բառարան, 1998 թ

շերտավոր հոսք

ԼԱՄԻՆԱՌ ՀՈՍՔ (լատիներեն lamina - ափսե, շերտ) հոսք, որի մեջ հեղուկը (կամ գազը) շարժվում է շերտերով առանց խառնվելու։ Լամինար հոսքի առկայությունը հնարավոր է միայն մինչեւ որոշակի, այսպես կոչված. կրիտիկական, Ռեյնոլդսի համարը Recr. Կրիտիկական արժեքից մեծ Re-ի դեպքում շերտավոր հոսքը դառնում է տուրբուլենտ:

շերտավոր հոսք

(լատ. lamina ≈ թիթեղից), հեղուկի կամ գազի կարգավորված հոսք, որում հեղուկը (գազը) շարժվում է, ասես, հոսքի ուղղությանը զուգահեռ շերտերով ( բրինձ.). L. t.-ն նկատվում է կա՛մ շատ մածուցիկ հեղուկներում, կա՛մ բավական ցածր արագություններով առաջացող հոսքերում, ինչպես նաև փոքր չափերի մարմինների շուրջ հեղուկի դանդաղ հոսքի դեպքում: Մասնավորապես, L. t.-ը տեղի է ունենում նեղ (մազանոթ) խողովակներում, առանցքակալներում քսանյութի շերտում, բարակ սահմանային շերտում, որը ձևավորվում է մարմինների մակերևույթի մոտ, երբ դրանց շուրջ հեղուկ կամ գազ է հոսում և այլն: Տվյալ հեղուկի շարժման արագության ավելացումով, L. t.-ն կարող է ինչ-որ պահի անցնել անկարգությունների տուրբուլենտ հոսքի: Այս դեպքում շարժման դիմադրության ուժը կտրուկ փոխվում է։ Հեղուկի հոսքի ռեժիմը բնութագրվում է այսպես կոչված. Ռեյնոլդսի համարը Re. Երբ Re-ի արժեքը փոքր է Rekp-ի որոշակի կրիտիկական թվից, կա L.t հեղուկ; եթե Re > Rekp, հոսքի ռեժիմը կարող է դառնալ տուրբուլենտ: Recr-ի արժեքը կախված է դիտարկվող հոսքի տեսակից: Այսպիսով, կլոր խողովակներում հոսքի համար Rekr » 2200 (եթե բնորոշ արագությունը միջին արագությունն է խաչմերուկի վրա, իսկ բնորոշ չափը խողովակի տրամագիծն է): Հետեւաբար, Rekp-ի համար< 2200 течение жидкости в трубе будет Л. т. Расход жидкости при Л. т. в трубе определяется Пуазёйля законом.

հեղուկ շարժում

Շարժվող հեղուկների բազմաթիվ փորձարարական ուսումնասիրությունները թույլ են տվել պարզել, որ գոյություն ունի հեղուկի շարժման երկու եղանակ։ Հեղուկների շարժման եղանակների ամենաամբողջական լաբորատոր ուսումնասիրություններն իրականացվել են անգլիացի ֆիզիկոս Օ. Ռեյնոլդսի կողմից ջրի բաքից բաղկացած ինստալացիայի վրա (նկ. 10.1): 1 ,

Բրինձ. 10.1. Հեղուկի շարժման ռեժիմների ցուցադրման տեղադրման սխեման

ապակե խողովակ 7 կռունկով 8 և անոթ 4 ներկի ջրային լուծույթով, որը բարակ հոսքով կարող է սնվել ապակե խողովակի մեջ 6 ծորակ բացելիս 5 . Լրացնելով անոթը 1 իրականացվում է ծորակից 2 փականով 3 .

Ջրի հոսքի ցածր արագության դեպքում ներկը գործնականում չի խառնվում դրա հետ, և տեսանելի են հեղուկի հոսքի շերտավոր բնույթը և խառնման բացակայությունը:

Խողովակին միացված մանոմետր 7 (դիագրամում ցույց չի տրվում), ցույց է տալիս ճնշման կայունությունը էջիսկ արագությունը v, ոչ մի տատանումներ (պուլսացիաներ): Այս այսպես կոչված շերտավոր հոսք(լատիներեն բառից լամինա- ժապավեն, շերտ), այսինքն. ժապավեն, շերտավոր:

Խողովակի մեջ ջրի հոսքի արագության աստիճանական բարձրացմամբ՝ ծորակ բացելով 8 հոսքի օրինաչափությունը սկզբում չի փոխվում, իսկ հետո որոշակի արագությամբ այն արագ փոխվում է: Ներկի մի կաթիլ սկսում է խառնվել ջրի հոսքին, պտտվող պտույտի առաջացումը և հեղուկի պտտվող շարժումը նկատելի են դառնում, և ջրի հոսքում առաջանում են ճնշման և արագությունների շարունակական իմպուլսացիաներ: Հոսանքը դառնում է, ինչպես սովորաբար կոչվում է. բուռն(լատիներեն բառից տուրբուլենտուս- անկարգություններ):

Եթե ​​հոսքի արագությունը նվազեցվի, ապա շերտավոր հոսքը կվերականգնվի:

Այսպիսով, շերտավորկոչվում է շերտավոր հոսք՝ առանց հեղուկի մասնիկների խառնման և առանց արագության ու ճնշման իմպուլսացիայի։ Նման հոսքով հեղուկի հոսքի բոլոր գծերը լիովին որոշվում են ալիքի ձևով: Խողովակի մեջ շերտավոր հոսքի դեպքում բոլոր հոսքագծերն ուղղված են խողովակի առանցքին զուգահեռ: Շերտավոր հոսքը պատվիրված է խիստ կայուն հոսքի մշտական ​​ճնշման դեպքում: Շերտավոր ռեժիմը դիտվում է հիմնականում մածուցիկ հեղուկների (յուղ, քսայուղեր և այլն) շարժման ժամանակ, իսկ ավելի քիչ մածուցիկ հեղուկների, երբ դրանք հոսում են ցածր արագությամբ:

բուռնկոչվում է հոսք, որն ուղեկցվում է հեղուկի ինտենսիվ խառնմամբ և արագությունների ու ճնշման պուլսացիայով։ Առանձին մասնիկների շարժումը ստացվում է քաոսային, անկարգ։ Առանցքային շարժմանը զուգընթաց դիտվում է հեղուկի առանձին ծավալների պտտական ​​և լայնակի շարժում։ Սա բացատրում է արագությունների և ճնշման իմպուլսացիաները: Ռեյնոլդսը պարզել է, որ հեղուկի շարժման բնույթը որոշող հիմնական գործոններն են հեղուկի միջին արագությունը v, խողովակաշարի տրամագիծը Դև հեղուկի կինեմատիկ մածուցիկությունը n. Հաշվի առնելով այս գործոնների ազդեցությունը՝ Ռեյնոլդսն առաջարկել է հեղուկի շարժման ռեժիմը որոշելու թվային չափանիշ.

Re=v Դ/n,

որտեղ Re-ն առանց հարթության Ռեյնոլդսի թիվն է կամ Ռեյնոլդսի չափանիշը:

Իմանալով այս բանաձևի աջ կողմում ներառված պարամետրերը, կարող եք հաշվարկել Re-ի արժեքը:

Արագություն, որի դեպքում տվյալ հեղուկի և խողովակաշարի որոշակի տրամագծի համար տեղի է ունենում շարժման ռեժիմների փոփոխություն, կանչեց քննադատական.

Ինչպես ցույց է տալիս փորձը, շրջանաձև խաչմերուկով խողովակների համար Ռեյնոլդսի թվի կրիտիկական արժեքը, որից սկսվում է հեղուկի շարժման տուրբուլենտ ռեժիմը, 2320 է: Այսպիսով, Ռեյնոլդսի չափանիշը թույլ է տալիս դատել խողովակում հեղուկի շարժման ռեժիմը: Ռե< 2320 - շարժումը շերտավոր է, իսկ Re> 2320-ի համար- բուռն շարժում.