Laminar adalah aliran udara di mana aliran udara bergerak dalam arah yang sama dan sejajar satu sama lain. Ketika kecepatan meningkat ke nilai tertentu, aliran udara menetes, selain kecepatan translasi, juga memperoleh kecepatan yang berubah dengan cepat tegak lurus terhadap arah gerak translasi. Aliran terbentuk, yang disebut turbulen, yaitu kacau.
lapisan batas
Lapisan batas adalah lapisan di mana kecepatan udara bervariasi dari nol hingga nilai yang mendekati kecepatan udara lokal.
Ketika aliran udara mengalir di sekitar tubuh (Gbr. 5), partikel udara tidak meluncur di atas permukaan tubuh, tetapi diperlambat, dan kecepatan udara di dekat permukaan tubuh menjadi sama dengan nol. Saat bergerak menjauh dari permukaan tubuh, kecepatan udara meningkat dari nol menjadi kecepatan aliran udara.
Ketebalan lapisan batas diukur dalam milimeter dan tergantung pada viskositas dan tekanan udara, pada profil tubuh, keadaan permukaannya dan posisi tubuh dalam aliran udara. Ketebalan lapisan batas secara bertahap meningkat dari leading ke trailing edge. Pada lapisan batas, sifat gerakan partikel udara berbeda dengan sifat gerakan di luarnya.
Pertimbangkan partikel udara A (Gbr. 6), yang terletak di antara aliran udara dengan kecepatan U1 dan U2, karena perbedaan kecepatan yang diterapkan pada titik berlawanan dari partikel, partikel itu berputar dan semakin dekat partikel ini dengan permukaan tubuh (di mana perbedaan kecepatan tertinggi). Ketika bergerak menjauh dari permukaan tubuh, gerakan rotasi partikel melambat dan menjadi sama dengan nol karena persamaan kecepatan aliran udara dan kecepatan udara lapisan batas.
Di belakang tubuh, lapisan batas melewati bangun, yang kabur dan menghilang saat bergerak menjauh dari tubuh. Turbulensi pada saat bangun mengenai bagian ekor pesawat dan mengurangi efisiensinya, menyebabkan gemetar (fenomena Buffing).
Lapisan batas dibagi menjadi laminar dan turbulen (Gbr. 7). Dengan aliran laminar yang stabil dari lapisan batas, hanya gaya gesekan internal yang muncul karena viskositas udara, sehingga hambatan udara di lapisan laminar kecil.
Beras. lima
Beras. 6 Aliran udara di sekitar benda - perlambatan aliran di lapisan batas
Beras. 7
Dalam lapisan batas turbulen, ada pergerakan aliran udara yang terus menerus ke segala arah, yang membutuhkan lebih banyak energi untuk mempertahankan gerakan pusaran acak dan, sebagai akibatnya, resistensi yang lebih besar dari aliran udara ke benda yang bergerak dibuat.
Koefisien Cf digunakan untuk menentukan sifat lapisan batas. Badan dengan konfigurasi tertentu memiliki koefisiennya sendiri. Jadi, misalnya, untuk pelat datar, koefisien hambatan lapisan batas laminar adalah:
untuk lapisan turbulen
di mana Re adalah bilangan Reynolds, yang menyatakan rasio gaya inersia terhadap gaya gesekan dan menentukan rasio dua komponen - resistansi profil (tahanan bentuk) dan resistansi gesekan. Bilangan Reynolds Re ditentukan dengan rumus:
dimana V adalah kecepatan aliran udara,
I - karakter ukuran tubuh,
koefisien kinetik viskositas gaya gesekan udara.
Ketika aliran udara mengalir di sekitar tubuh pada titik tertentu, lapisan batas berubah dari laminar menjadi turbulen. Titik ini disebut titik transisi. Lokasinya di permukaan profil tubuh tergantung pada viskositas dan tekanan udara, kecepatan aliran udara, bentuk tubuh dan posisinya dalam aliran udara, dan juga pada kekasaran permukaan. Saat membuat profil sayap, desainer cenderung menempatkan titik ini sejauh mungkin dari tepi depan profil, sehingga mengurangi hambatan gesekan. Untuk tujuan ini, profil laminasi khusus digunakan untuk meningkatkan kehalusan permukaan sayap dan sejumlah tindakan lainnya.
Dengan peningkatan kecepatan aliran udara atau peningkatan sudut tubuh relatif terhadap aliran udara ke nilai tertentu, pada titik tertentu, lapisan batas dipisahkan dari permukaan, sementara tekanan di belakang titik ini menurun tajam. .
Sebagai akibat dari kenyataan bahwa tekanan di bagian belakang bodi lebih besar daripada di belakang titik separasi, ada aliran balik udara dari zona bertekanan tinggi ke zona bertekanan lebih rendah ke titik separasi, yang memerlukan pemisahan aliran udara dari permukaan tubuh (Gbr. 8).
Sebuah lapisan batas laminar memisahkan lebih mudah dari permukaan tubuh dari satu turbulen.
Persamaan kontinuitas untuk jet aliran udara
Persamaan kontinuitas pancaran aliran udara (kekonstanan aliran udara) adalah persamaan aerodinamika, yang mengikuti hukum dasar fisika - kekekalan massa dan inersia - dan menetapkan hubungan antara kepadatan, kecepatan dan luas penampang pancaran aliran udara.
Beras. 8
Beras. sembilan
Saat mempertimbangkannya, kondisi diterima bahwa udara yang dipelajari tidak memiliki sifat kompresibilitas (Gbr. 9).
Dalam pancaran penampang variabel, volume kedua udara mengalir melalui bagian I untuk periode waktu tertentu, volume ini sama dengan produk kecepatan aliran udara dan penampang F.
Aliran udara massa kedua m sama dengan produk aliran udara kedua dan kerapatan aliran udara p dari jet. Menurut hukum kekekalan energi, massa aliran udara dari aliran m1 yang mengalir melalui bagian I (F1) sama dengan massa m2 dari aliran ini yang mengalir melalui bagian II (F2), asalkan aliran udaranya tetap. :
m1=m2=konstan, (1.7)
m1F1V1=m2F2V2=konst. (1.8)
Ungkapan ini disebut persamaan kontinuitas pancaran aliran udara aliran.
F1V1=F2V2= konstanta. (1.9)
Jadi, dapat dilihat dari rumus bahwa volume udara yang sama melewati bagian aliran yang berbeda dalam satuan waktu (sekon) tertentu, tetapi dengan kecepatan yang berbeda.
Kami menulis persamaan (1.9) dalam bentuk berikut:
Dapat dilihat dari rumus bahwa kecepatan aliran udara jet berbanding terbalik dengan luas penampang jet dan sebaliknya.
Dengan demikian, persamaan kontinuitas pancaran aliran udara menetapkan hubungan antara penampang pancaran dan kecepatan, asalkan aliran udara pancaran itu stabil.
Tekanan statis dan persamaan kepala kecepatan Bernoulli
aerodinamika pesawat udara
Pesawat, yang berada dalam aliran udara stasioner atau bergerak relatif terhadapnya, mengalami tekanan dari yang terakhir, dalam kasus pertama (ketika aliran udara stasioner) itu adalah tekanan statis dan dalam kasus kedua (ketika aliran udara bergerak). ) itu adalah tekanan dinamis, sering disebut tekanan kecepatan. Tekanan statis dalam aliran mirip dengan tekanan cairan saat diam (air, gas). Misalnya: air di dalam pipa, bisa diam atau bergerak, dalam kedua kasus dinding pipa mendapat tekanan dari air. Dalam kasus pergerakan air, tekanannya akan sedikit berkurang, karena tekanan kecepatan telah muncul.
Menurut hukum kekekalan energi, energi aliran udara di berbagai bagian aliran udara adalah jumlah energi kinetik aliran, energi potensial gaya tekanan, energi internal aliran dan energi dari posisi tubuh. Jumlah ini adalah nilai konstan:
Ekin+Ep+Evn+En=const (1.10)
Energi kinetik (Ekin) - kemampuan aliran udara yang bergerak untuk melakukan kerja. Dia setara
di mana m adalah massa udara, kgf s2m; V-kecepatan aliran udara, m/s. Jika massa m diganti dengan massa jenis udara p, maka kita mendapatkan rumus untuk menentukan kecepatan head q (dalam kgf / m2)
Energi potensial Ep - kemampuan aliran udara untuk melakukan kerja di bawah pengaruh gaya tekanan statis. Ini sama dengan (dalam kgf-m)
di mana - tekanan udara, kgf/m2; F adalah luas penampang filamen aliran udara, m2; S adalah jalur yang ditempuh oleh 1 kg udara melalui bagian tertentu, m; produk SF disebut volume spesifik dan dilambangkan dengan v, menggantikan nilai volume spesifik udara ke dalam rumus (1,13), kita peroleh
Energi internal Evn adalah kemampuan gas untuk melakukan kerja ketika suhunya berubah:
di mana Cv adalah kapasitas panas udara pada volume konstan, kal / kg-deg; T-suhu pada skala Kelvin, K; A adalah ekivalen termal dari kerja mekanik (kal-kg-m).
Dapat dilihat dari persamaan bahwa energi internal aliran udara berbanding lurus dengan suhunya.
Energi posisi En adalah kemampuan udara untuk melakukan kerja ketika posisi pusat gravitasi suatu massa udara berubah ketika naik ke ketinggian tertentu dan sama dengan
di mana h adalah perubahan ketinggian, m.
Mengingat nilai kecil dari pemisahan pusat gravitasi massa udara sepanjang ketinggian dalam aliran aliran udara, energi ini diabaikan dalam aerodinamika.
Mempertimbangkan semua jenis energi dalam kaitannya dengan kondisi tertentu, dimungkinkan untuk merumuskan hukum Bernoulli, yang menetapkan hubungan antara tekanan statis dalam tetesan aliran udara dan tekanan kecepatan.
Pertimbangkan sebuah pipa (Gbr. 10) dengan diameter variabel (1, 2, 3) di mana aliran udara bergerak. Manometer digunakan untuk mengukur tekanan di bagian yang ditinjau. Menganalisis pembacaan pengukur tekanan, kita dapat menyimpulkan bahwa tekanan dinamis terendah ditunjukkan oleh pengukur tekanan bagian 3-3. Artinya ketika pipa menyempit, kecepatan aliran udara meningkat dan tekanan turun.
Beras. 10
Alasan penurunan tekanan adalah karena aliran udara tidak menghasilkan kerja apa pun (gesekan tidak diperhitungkan) dan oleh karena itu energi total aliran udara tetap konstan. Jika kita menganggap suhu, kerapatan dan volume aliran udara di bagian yang berbeda adalah konstan (T1=T2=T3; 1=р2=р3, V1=V2=V3), maka energi dalam dapat diabaikan.
Ini berarti bahwa dalam hal ini, transisi energi kinetik aliran udara menjadi energi potensial dan sebaliknya dimungkinkan.
Ketika kecepatan aliran udara meningkat, maka kecepatan head dan, dengan demikian, energi kinetik aliran udara ini meningkat.
Kami mengganti nilai dari rumus (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) ke dalam rumus (1.10), dengan mempertimbangkan bahwa kami mengabaikan energi internal dan energi posisi, mengubah persamaan (1.10 ), kita peroleh
Persamaan ini untuk setiap bagian dari tetesan udara ditulis sebagai berikut:
Jenis persamaan ini adalah persamaan Bernoulli matematis paling sederhana dan menunjukkan bahwa jumlah tekanan statis dan dinamis untuk setiap bagian dari aliran aliran udara tunak adalah nilai konstan. Kompresibilitas tidak diperhitungkan dalam kasus ini. Koreksi yang tepat dilakukan ketika kompresibilitas diperhitungkan.
Untuk kejelasan hukum Bernoulli, Anda dapat melakukan percobaan. Ambil dua lembar kertas, pegang sejajar satu sama lain pada jarak pendek, tiup ke celah di antara mereka.
Beras. sebelas
Daunnya semakin dekat. Alasan konvergensi mereka adalah bahwa di sisi luar lembaran tekanan atmosfer, dan di celah di antara mereka, karena adanya tekanan udara berkecepatan tinggi, tekanan menurun dan menjadi kurang dari atmosfer. Di bawah pengaruh perbedaan tekanan, lembaran kertas menekuk ke dalam.
terowongan angin
Pengaturan eksperimental untuk mempelajari fenomena dan proses yang menyertai aliran gas di sekitar benda disebut terowongan angin. Prinsip pengoperasian terowongan angin didasarkan pada prinsip relativitas Galileo: alih-alih gerakan benda dalam media stasioner, aliran gas di sekitar benda diam dipelajari. Dalam terowongan angin, gaya aerodinamis yang bekerja pada pesawat dan momen ditentukan secara eksperimental, distribusi tekanan dan suhu di atas permukaannya dipelajari, pola aliran di sekitar benda diamati, aeroelastisitas dipelajari, dll.
Tergantung pada kisaran angka Mach M, terowongan angin dibagi menjadi subsonik (M=0,15-0,7), transonik (M=0,7-13), supersonik (M=1,3-5) dan hipersonik (M= 5-25), sesuai dengan prinsip operasi - ke ruang kompresor (operasi berkelanjutan), di mana aliran udara dibuat oleh kompresor khusus, dan balon dengan tekanan yang meningkat, sesuai dengan tata letak sirkuit - menjadi tertutup dan terbuka.
Pipa kompresor memiliki efisiensi tinggi, mudah digunakan, tetapi membutuhkan pembuatan kompresor unik dengan laju aliran gas tinggi dan daya tinggi. Terowongan angin balon kurang ekonomis dibandingkan terowongan angin kompresor, karena sebagian energi hilang saat gas dicekik. Selain itu, durasi pengoperasian terowongan angin balon dibatasi oleh pasokan gas di dalam silinder dan berkisar dari puluhan detik hingga beberapa menit untuk berbagai terowongan angin.
Distribusi luas terowongan angin balon disebabkan oleh fakta bahwa mereka lebih sederhana dalam desain dan daya kompresor yang dibutuhkan untuk mengisi balon relatif kecil. Di terowongan angin dengan loop tertutup, sebagian besar energi kinetik yang tersisa dalam aliran gas setelah melewati area kerja digunakan, yang meningkatkan efisiensi terowongan angin. Namun, dalam hal ini, perlu untuk meningkatkan dimensi keseluruhan instalasi.
Di terowongan angin subsonik, karakteristik aerodinamis helikopter subsonik, serta karakteristik pesawat supersonik dalam mode lepas landas dan mendarat, dipelajari. Selain itu, mereka digunakan untuk mempelajari aliran di sekitar mobil dan kendaraan darat lainnya, bangunan, monumen, jembatan, dan objek lainnya.Gambar menunjukkan diagram terowongan angin subsonik loop tertutup.
Beras. 12
1 - sarang lebah 2 - kisi 3 - ruang depan 4 - pengacau 5 - arah aliran 6 - bagian kerja dengan model 7 - diffuser, 8 - lutut dengan bilah putar, 9 - kompresor 10 - pendingin udara
Beras. 13
1 - sarang lebah 2 - layar 3 - ruang depan 4 pengacau 5 bagian kerja berlubang dengan model 6 ejector 7 diffuser 8 siku dengan baling-baling pemandu 9 saluran keluar udara 10 - pasokan udara dari silinder
Beras. empat belas
1 - silinder udara terkompresi 2 - pipa 3 - kontrol throttle 4 - grid leveling 5 - honeycomb 6 - grid deturbulen 7 - prechamber 8 - bingung 9 - nozzle supersonik 10 - bagian kerja dengan model 11 - diffuser supersonik 12 - diffuser subsonik 13 - rilis ke atmosfer
Beras. 15
1 - silinder dengan tekanan tinggi 2 - pipa 3 - kontrol throttle 4 - pemanas 5 - ruang depan dengan sarang lebah dan kisi 6 - nosel axisimetris hipersonik 7 - bagian kerja dengan model 8 - diffuser axisimetris hipersonik 9 - pendingin udara 10 - arah aliran 11 - udara suplai ke ejector 12 - ejector 13 - daun jendela 14 - bejana vakum 15 - diffuser subsonik
Tergantung pada metode ventilasi ruangan, biasanya disebut:
a) berventilasi bergejolak atau ruangan denganaliran udara non-searah;
b) ruangan dengan aliran udara laminar atau searah.
Catatan. Kosakata profesional didominasi oleh istilah
"bergolak aliran udara, aliran udara laminar.
Mode mengemudi saya mengudara
Ada dua mode mengemudi udara : laminer ? dan bergejolak?. berlapis-lapis? mode ini dicirikan oleh pergerakan partikel udara yang teratur di sepanjang lintasan paralel. Pencampuran dalam aliran terjadi sebagai akibat dari interpenetrasi molekul. Dalam rezim turbulen, pergerakan partikel udara kacau, pencampuran disebabkan oleh interpenetrasi volume individu udara dan oleh karena itu terjadi jauh lebih intensif daripada di rezim laminar.
Dalam gerak laminar stasioner, kecepatan aliran udara pada suatu titik adalah konstan dalam besar dan arah; selama gerakan turbulen, besar dan arahnya berubah-ubah terhadap waktu.
Turbulensi adalah konsekuensi dari gangguan eksternal (dimasukkan ke dalam aliran) atau internal (dihasilkan dalam aliran).?. Pergolakan aliran ventilasi, sebagai suatu peraturan, berasal dari dalam. Penyebabnya adalah pembentukan pusaran ketika mengalir di sekitar ketidakteraturan?dinding dan benda.
Kriteria yayasan? rezim yang bergejolak adalah bilangan Rhea?nolds:
R e = ud / H
di mana Dan adalah kecepatan udara rata-rata dalam dalam ruangan;
D - hidrolik? diameter ruangan;
D= 4S/P
S - luas penampang tempat;
R - keliling melintang bagian ruangan;
v- kinematika?koefisien viskositas udara.
nomor Rhea? Nolds, di atasnya gerakan turbulen dari abutment?chivo, disebut kritis. Untuk tempat itu sama dengan 1000-1500, untuk pipa halus - 2300. In tempat pergerakan udara biasanya bergolak; saat memfilter(di kamar bersih)mungkin sebagai laminar?, dan turbulen? mode.
Perangkat laminar digunakan di ruang bersih dan digunakan untuk mendistribusikan volume udara yang besar, menyediakan keberadaan langit-langit yang dirancang khusus, tudung lantai, dan kontrol tekanan di dalam ruangan. Dalam kondisi ini, pengoperasian distributor aliran laminar dijamin untuk menyediakan aliran searah yang diperlukan dengan jalur aliran paralel. Tingkat pertukaran udara yang tinggi berkontribusi untuk mempertahankan kondisi isotermal yang dekat dengan aliran udara suplai. Langit-langit yang dirancang untuk distribusi udara dengan pertukaran udara yang besar, karena area yang luas, memberikan kecepatan aliran udara awal yang kecil. Pengoperasian ekstraktor tingkat lantai dan kontrol tekanan ruangan meminimalkan ukuran zona resirkulasi, dan prinsip "satu jalan dan satu pintu keluar" dengan mudah bekerja. Partikel tersuspensi ditekan ke lantai dan dihilangkan, sehingga risiko resirkulasinya rendah.
Fotografi aliran laminar
aliran laminar- aliran tenang cairan atau gas tanpa pencampuran. Cairan atau gas bergerak dalam lapisan yang meluncur satu sama lain. Ketika kecepatan lapisan meningkat, atau ketika viskositas fluida berkurang, aliran laminar menjadi turbulen. Untuk setiap cairan atau gas, titik ini terjadi pada bilangan Reynolds tertentu.
Keterangan
Aliran laminar diamati baik dalam cairan yang sangat kental, atau dalam aliran yang terjadi pada kecepatan yang cukup rendah, serta dalam aliran fluida lambat di sekitar benda-benda kecil. Secara khusus, aliran laminar terjadi di tabung sempit (kapiler), di lapisan pelumas di bantalan, di lapisan batas tipis yang terbentuk di dekat permukaan benda ketika cairan atau gas mengalir di sekitarnya, dll. Dengan peningkatan kecepatan cairan ini, aliran laminar beberapa saat dapat menjadi aliran turbulen yang tidak teratur. Dalam hal ini, kekuatan resistensi terhadap gerakan berubah tajam. Rezim aliran fluida dicirikan oleh apa yang disebut bilangan Reynolds (Ulang).
Ketika nilai Ulang kurang dari angka kritis tertentu Re kp , aliran fluida laminar terjadi; jika Re > Re kp , rezim aliran dapat menjadi turbulen . Nilai Recr tergantung pada jenis aliran yang dipertimbangkan. Jadi, untuk aliran dalam pipa bulat, Recr 2200 (jika kecepatan karakteristik adalah kecepatan rata-rata penampang, dan ukuran karakteristik adalah diameter pipa). Oleh karena itu, untuk Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.
Distribusi kecepatan
Profil Rata-rata Kecepatan:
a - aliran laminar
b - aliran turbulen
Dengan aliran laminer dalam pipa yang panjangnya tak terhingga, kecepatan di setiap bagian pipa berubah sesuai dengan hukum V-V 0 ( 1 - r 2 /a 2 ), di mana tetapi - jari-jari pipa, R - jarak dari sumbu, V 0 \u003d 2V sr - kecepatan aliran aksial (maksimum numerik); profil kecepatan parabola yang sesuai ditunjukkan pada gambar. tetapi.
Tegangan gesekan bervariasi sepanjang jari-jari menurut hukum linier =τ w r/a di mana w = 4μVav/a - tegangan gesekan pada dinding pipa.
Untuk mengatasi gaya gesekan viskos dalam pipa selama gerakan seragam, harus ada penurunan tekanan longitudinal, biasanya dinyatakan dengan persamaan P1-P2 = (l/d)ρV cf 2 /2 di mana P1 Dan P2 - tekanan dalam k.-n. dua penampang pada jarak aku dari satu sama lain λ - koefisien resistensi tergantung pada Ulang untuk aliran laminar = 64/Re .
Hidrodinamika adalah cabang fisika terpenting yang mempelajari hukum gerak fluida tergantung pada kondisi eksternal. Masalah penting yang dipertimbangkan dalam hidrodinamika adalah pertanyaan tentang menentukan aliran laminar dan turbulen suatu fluida.
Apa itu cairan?
Untuk lebih memahami masalah aliran fluida laminar dan turbulen, pertama-tama perlu dipertimbangkan apa zat ini.
Cairan dalam fisika disebut salah satu dari 3 keadaan agregat materi, yang, dalam kondisi tertentu, mampu mempertahankan volumenya, tetapi, di bawah pengaruh gaya tangensial minimal, berubah bentuk dan mulai mengalir. Tidak seperti benda padat, dalam cairan tidak ada gaya perlawanan terhadap pengaruh luar yang cenderung kembali ke bentuk aslinya. Cairan berbeda dari gas dalam hal ia mampu mempertahankan volumenya pada tekanan dan suhu eksternal yang konstan.
Parameter yang menggambarkan sifat-sifat cairan
Pertanyaan tentang aliran laminer dan turbulen ditentukan, di satu sisi, oleh sifat-sifat sistem di mana gerakan fluida dipertimbangkan, dan, di sisi lain, oleh karakteristik zat fluida. Berikut adalah sifat-sifat utama cairan:
- Kepadatan. Cairan apa pun adalah homogen, oleh karena itu, untuk mengkarakterisasinya, kuantitas fisik ini digunakan, yang mencerminkan jumlah massa zat cair yang jatuh pada volume satuannya.
- Viskositas. Nilai ini mencirikan gesekan yang terjadi antara berbagai lapisan fluida selama alirannya. Karena energi potensial molekul dalam cairan kira-kira sama dengan energi kinetiknya, hal itu menyebabkan adanya beberapa viskositas dalam zat cair apa pun. Sifat cairan ini adalah alasan hilangnya energi selama alirannya.
- Kompresibilitas. Dengan peningkatan tekanan eksternal, zat cair apa pun mengurangi volumenya, namun, untuk cairan, tekanan ini harus cukup besar untuk sedikit mengurangi volume yang ditempatinya, oleh karena itu, untuk sebagian besar kasus praktis, keadaan agregasi ini dianggap tidak dapat dimampatkan.
- Tegangan permukaan. Nilai ini ditentukan oleh kerja yang harus dikeluarkan untuk membentuk suatu satuan permukaan zat cair. Adanya tegangan permukaan disebabkan oleh adanya gaya interaksi antarmolekul dalam cairan, dan menentukan sifat kapilernya.
aliran laminar
Mempelajari pertanyaan tentang aliran turbulen dan laminar, pertama-tama kita pertimbangkan yang terakhir. Jika untuk cairan yang ada di dalam pipa, ada perbedaan tekanan yang dibuat di ujung pipa ini, maka itu akan mulai mengalir. Jika aliran suatu zat tenang, dan masing-masing lapisannya bergerak di sepanjang lintasan mulus yang tidak memotong garis gerak lapisan lain, maka kita berbicara tentang rezim aliran laminar. Selama itu, setiap molekul cairan bergerak di sepanjang pipa sepanjang lintasan tertentu.
Ciri-ciri aliran laminer adalah sebagai berikut:
- Tidak ada pencampuran antara lapisan individu zat cair.
- Lapisan yang lebih dekat dengan sumbu pipa bergerak dengan kecepatan lebih tinggi daripada yang terletak di pinggirannya. Fakta ini dikaitkan dengan adanya gaya gesekan antara molekul cairan dan permukaan bagian dalam pipa.
Contoh aliran laminar adalah pancaran air paralel yang mengalir dari pancuran. Jika beberapa tetes pewarna ditambahkan ke aliran laminar, maka orang dapat melihat bagaimana pewarna tersebut ditarik ke dalam jet, yang melanjutkan alirannya yang mulus tanpa mencampur sebagian besar cairan.
aliran turbulen
Mode ini pada dasarnya berbeda dari laminar. Aliran turbulen adalah aliran kacau di mana setiap molekul bergerak di sepanjang lintasan sewenang-wenang yang hanya dapat diprediksi pada saat-saat awal. Mode ini dicirikan oleh pusaran dan gerakan melingkar volume kecil dalam aliran fluida. Namun demikian, terlepas dari keacakan lintasan molekul individu, aliran keseluruhan bergerak ke arah tertentu, dan kecepatan ini dapat dicirikan oleh beberapa nilai rata-rata.
Contoh aliran turbulen adalah aliran air di sungai pegunungan. Jika pewarna dijatuhkan ke dalam aliran seperti itu, maka orang dapat melihat bahwa pada saat-saat awal jet akan muncul, yang akan mulai mengalami distorsi dan pusaran kecil, dan kemudian menghilang, setelah tercampur di seluruh volume cairan.
Apa yang menentukan aliran fluida?
Rezim aliran laminar atau turbulen bergantung pada rasio dua kuantitas: viskositas zat fluida, yang menentukan gesekan antara lapisan fluida, dan gaya inersia, yang menggambarkan kecepatan aliran. Semakin kental zat tersebut, dan semakin rendah laju alirannya, semakin tinggi kemungkinan aliran laminar. Sebaliknya, jika viskositas fluida rendah dan kecepatan geraknya tinggi, maka alirannya akan turbulen.
Di bawah ini adalah video yang dengan jelas menjelaskan fitur-fitur dari rezim aliran zat yang dipertimbangkan.
Bagaimana cara menentukan rezim aliran?
Untuk latihan, pertanyaan ini sangat penting, karena jawabannya terkait dengan fitur pergerakan benda dalam media fluida dan besarnya kehilangan energi.
Transisi antara aliran fluida laminar dan turbulen dapat diperkirakan dengan menggunakan bilangan Reynolds. Mereka adalah kuantitas tak berdimensi dan dinamai insinyur dan fisikawan Irlandia Osborne Reynolds, yang pada akhir abad ke-19 mengusulkan menggunakannya untuk secara praktis menentukan mode gerak zat cair.
Anda dapat menghitung bilangan Reynolds (aliran laminar dan turbulen cairan dalam pipa) dengan menggunakan rumus berikut: Re = *D*v/μ, di mana dan masing-masing adalah massa jenis dan viskositas zat, v adalah kecepatan rata-rata alirannya, D adalah diameter pipa. Dalam rumus, pembilang mencerminkan gaya atau aliran inersia, dan penyebut menentukan gaya gesekan atau viskositas. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa jika bilangan Reynolds untuk sistem yang ditinjau besar, maka fluida mengalir dalam rezim turbulen, dan sebaliknya, bilangan Reynolds kecil menunjukkan adanya aliran laminar.
Arti spesifik dari bilangan Reynolds dan kegunaannya
Seperti disebutkan di atas, bilangan Reynolds dapat digunakan untuk menentukan aliran laminar dan turbulen. Masalahnya adalah itu tergantung pada fitur sistem, misalnya, jika pipa memiliki ketidakteraturan pada permukaan bagian dalamnya, maka aliran turbulen air di dalamnya akan dimulai pada laju aliran yang lebih rendah daripada yang mulus.
Statistik dari banyak percobaan telah menunjukkan bahwa, terlepas dari sistem dan sifat fluida, jika bilangan Reynolds kurang dari 2000, maka terjadi gerakan laminar, tetapi jika lebih besar dari 4000, maka aliran menjadi turbulen. Nilai tengah angka (dari 2000 hingga 4000) menunjukkan adanya rezim transisi.
Bilangan Reynolds ini digunakan untuk menentukan pergerakan berbagai objek dan peralatan teknis dalam media fluida, untuk mempelajari aliran air melalui pipa berbagai bentuk, dan juga memainkan peran penting dalam mempelajari beberapa proses biologis, misalnya, gerakan mikroorganisme dalam pembuluh darah manusia.
) bergerak seolah-olah berlapis-lapis sejajar dengan arah aliran. L. t. diamati baik dalam cairan yang sangat kental, atau dalam aliran yang terjadi pada kecepatan yang cukup rendah, serta dalam kasus aliran cairan yang lambat di sekitar benda berdimensi kecil. Secara khusus, L. t. terjadi di tabung sempit (kapiler), di lapisan pelumas pada bantalan, di lapisan batas tipis yang terbentuk di dekat permukaan benda ketika cairan atau gas mengalir di sekitarnya, dll. Dengan peningkatan kecepatan gerakan fluida yang diberikan, L. t .pada beberapa saat masuk ke . Pada saat yang sama, semua propertinya berubah secara signifikan, khususnya, struktur aliran, profil kecepatan, dan hukum hambatan. Rezim aliran fluida dicirikan oleh bilangan Reynolds Re. Ketika nilai Re kurang dari kritis angka Rekr, L. t cair terjadi; jika Re > Recr, aliran menjadi turbulen. Nilai Recr tergantung pada jenis aliran yang dipertimbangkan. Jadi, untuk aliran dalam pipa bulat, ReKp »2300 (jika kecepatan karakteristik dianggap rata-rata pada penampang , dan ukuran karakteristik adalah diameter pipa). Di Recr
Kamus Ensiklopedis Fisik. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov. 1983 .
ALIRAN LAMINAR
(dari lat. lamina - pelat) - rezim aliran teratur dari cairan kental (atau gas), ditandai dengan tidak adanya pencampuran antara lapisan cairan yang berdekatan. Kondisi di mana stabil, yaitu, tidak dilanggar oleh gangguan acak, linier t. Bilangan Reynolds Re. Untuk setiap jenis aliran, ada angka seperti itu R e Kr, naz. kritis lebih rendah Bilangan Reynolds, yang untuk sembarang Ulang
Gagasan tentang fitur linier t. pipa. Untuk arus ini R e Kr 2200, dimana Re= ( -
laju aliran rata-rata cairan, D- diameter pipa,
- kinematika koefisien viskositas, - dinamis. koefisien viskositas, adalah densitas cairan). Dengan demikian, L.t yang praktis stabil dapat terjadi baik dengan aliran yang relatif lambat dari cairan kental yang cukup atau dalam tabung (kapiler) yang sangat tipis. Misalnya, untuk air (\u003d 10 -6 m 2 / s pada 20 ° C), L. t. s \u003d 1 m / s yang stabil hanya dimungkinkan dalam tabung dengan diameter tidak lebih dari 2,2 mm.
Dengan t linier dalam pipa yang panjangnya tak terhingga, kecepatan di setiap bagian pipa berubah sesuai dengan hukum - (1 - - R 2 /tetapi 2), dimana tetapi - radius pipa, R- jarak dari sumbu, - kecepatan aliran aksial (maksimum numerik); parabola yang sesuai. profil kecepatan ditunjukkan pada gambar. tetapi. Tegangan gesekan bervariasi sepanjang jari-jari menurut hukum linier dimana = adalah tegangan gesekan pada dinding pipa. Untuk mengatasi gaya gesekan viskos dalam pipa selama gerakan seragam, harus ada penurunan tekanan longitudinal, biasanya dinyatakan dengan persamaan P 1-P 2 
di mana p1 Dan hal 2 - tekanan dalam k.-n. dua penampang pada jarak aku dari satu sama lain, - koefisien. resistensi, tergantung pada untuk L. t. . Cairan kedua dalam pipa pada L. t. menentukan hukum Poiseuille. Dalam pipa dengan panjang terbatas, t linier yang dijelaskan tidak segera ditetapkan, dan pada awal pipa ada yang disebut. bagian masuk, di mana profil kecepatan secara bertahap diubah menjadi parabola. Perkiraan panjang saluran masuk
Distribusi kecepatan di atas bagian pipa: tetapi- dengan aliran laminar; B- dalam aliran turbulen.
Ketika aliran menjadi turbulen, struktur aliran dan profil kecepatan berubah secara signifikan (Gbr. 6
) dan hukum perlawanan, yaitu ketergantungan pada Ulang(cm. hambatan hidrodinamik).
Selain pipa, L. t. terjadi di lapisan pelumasan pada bantalan, di dekat permukaan badan yang dialiri cairan dengan viskositas rendah (lihat lapisan batas) ketika cairan yang sangat kental mengalir perlahan di sekitar benda kecil (lihat, khususnya, rumus Stokes). Teori linier t. kimia.
Lit.: Landau L. D., Lifshitz E. M., Mekanika media kontinum, 2nd ed., M., 1954; Loitsyansky L. G., Mekanika cairan dan gas, edisi ke-6., M., 1987; Targ S. M., Masalah dasar teori aliran laminar, M.-L., 1951; Slezkin N. A., Dinamika fluida tak termampatkan kental, M., 1955, ch. 4 - 11. S.M.Targ.
Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov. 1988 .
Lihat apa itu "LAMINAR FLOW" di kamus lain:
Ensiklopedia Modern
aliran laminar- (dari pelat lamina Latin, strip), aliran teratur cairan atau gas, di mana cairan (gas) bergerak, seolah-olah, berlapis-lapis sejajar dengan arah aliran. Aliran laminar diamati baik dengan aliran yang terjadi dengan ... ... Kamus Ensiklopedis Bergambar
- (dari strip pelat lamina lat.), aliran di mana cairan (atau gas) bergerak berlapis-lapis tanpa pencampuran. Eksistensi aliran laminer hanya mungkin sampai suatu yang tertentu, yang disebut. kritis, bilangan Reynolds Recr. Dengan Re,…… Kamus Ensiklopedis Besar
- (dari Latin lamina plate, strip * a. aliran laminar; n. Laminarstromung, laminare Stromung; f. ecoulement laminaire, courant laminaire; i. corriente laminar, torrente laminar) aliran teratur dari cairan atau gas, dengan cairan . .. ... Ensiklopedia Geologi
- (dari pelat lamina Latin, strip) aliran cairan kental di mana partikel-partikel medium bergerak secara teratur melalui lapisan dan proses perpindahan massa, momentum dan energi antar lapisan terjadi pada tingkat molekuler. Contoh khas dari L. t. ... ... Ensiklopedia teknologi
ALIRAN LAMINAR, aliran tetap dari cairan atau gas tanpa agitasi. Cairan atau gas bergerak dalam lapisan yang meluncur satu sama lain. Saat kecepatan lapisan meningkat, atau saat viskositas menurun... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis - pergerakan cairan kental (atau gas), di mana cairan (atau gas) bergerak dalam lapisan paralel yang terpisah tanpa turbulensi dan bercampur satu sama lain (sebagai lawan turbulen (lihat)). Akibatnya (misalnya, dalam pipa), lapisan ini memiliki ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat
aliran laminar- Pergerakan air atau udara yang tenang dan teratur yang bergerak sejajar dengan arah aliran, berlawanan dengan aliran turbulen ... Kamus Geografi
