Laminar este un flux de aer în care fluxurile de aer se mișcă în aceeași direcție și sunt paralele între ele. Când viteza crește până la o anumită valoare, fluxul de aer se scurge, pe lângă viteza de translație, dobândește și viteze în schimbare rapidă perpendiculară pe direcția mișcării de translație. Se formează un flux, care se numește turbulent, adică haotic.
strat limită
Stratul limită este stratul în care viteza aerului variază de la zero la o valoare apropiată de viteza locală a aerului.
Când un flux de aer curge în jurul unui corp (Fig. 5), particulele de aer nu alunecă pe suprafața corpului, ci sunt decelerate, iar viteza aerului lângă suprafața corpului devine egală cu zero. Când se îndepărtează de suprafața corpului, viteza aerului crește de la zero la viteza fluxului de aer.
Grosimea stratului limită se măsoară în milimetri și depinde de vâscozitatea și presiunea aerului, de profilul corpului, de starea suprafeței acestuia și de poziția corpului în fluxul de aer. Grosimea stratului limită crește treptat de la marginea frontală la marginea de fugă. În stratul limită, natura mișcării particulelor de aer diferă de natura mișcării în afara acestuia.
Luați în considerare o particulă de aer A (Fig. 6), care este situată între fluxurile de aer cu viteze U1 și U2, datorită diferenței acestor viteze aplicate în puncte opuse ale particulei, aceasta se rotește și cu atât mai mult, cu atât această particulă este mai aproape de suprafața corpului (unde diferența este cea mai mare viteză). Când se îndepărtează de suprafața corpului, mișcarea de rotație a particulei încetinește și devine egală cu zero datorită egalității vitezei fluxului de aer și vitezei aerului stratului limită.
În spatele corpului, stratul limită trece într-un traseu, care se estompează și dispare pe măsură ce se îndepărtează de corp. Turbulența din urmă lovește coada aeronavei și îi reduce eficiența, provocând tremurări (fenomenul Buffing).
Stratul limită este împărțit în laminar și turbulent (Fig. 7). Cu un flux laminar constant al stratului limită, apar doar forțe interne de frecare din cauza vâscozității aerului, astfel încât rezistența aerului în stratul laminar este mică.
Orez. 5
Orez. 6 Fluxul de aer în jurul unui corp - decelerare a fluxului în stratul limită
Orez. 7
Într-un strat limită turbulent, există o mișcare continuă a fluxurilor de aer în toate direcțiile, ceea ce necesită mai multă energie pentru a menține o mișcare vortex aleatorie și, ca urmare, se creează o rezistență mai mare a fluxului de aer față de corpul în mișcare.
Coeficientul Cf este utilizat pentru a determina natura stratului limită. Un corp cu o anumită configurație are propriul său coeficient. Deci, de exemplu, pentru o placă plată, coeficientul de rezistență al stratului limită laminar este:
pentru stratul turbulent
unde Re este numărul Reynolds, care exprimă raportul dintre forțele de inerție și forțele de frecare și determină raportul dintre două componente - rezistența profilului (rezistența formei) și rezistența la frecare. Numărul Reynolds Re este determinat de formula:
unde V este viteza fluxului de aer,
I - caracterul dimensiunii corpului,
coeficientul cinetic de vâscozitate al forțelor de frecare a aerului.
Când un flux de aer curge în jurul unui corp la un anumit punct, stratul limită se schimbă de la laminar la turbulent. Acest punct se numește punct de tranziție. Locația sa pe suprafața profilului corpului depinde de vâscozitatea și presiunea aerului, de viteza fluxurilor de aer, de forma corpului și de poziția sa în fluxul de aer, precum și de rugozitatea suprafeței. Atunci când creează profile de aripi, designerii tind să plaseze acest punct cât mai departe posibil de marginea anterioară a profilului, reducând astfel rezistența la frecare. În acest scop, se folosesc profile laminate speciale pentru a crește netezimea suprafeței aripii și o serie de alte măsuri.
Cu o creștere a vitezei fluxului de aer sau o creștere a unghiului corpului față de fluxul de aer până la o anumită valoare, la un moment dat, stratul limită este separat de suprafață, în timp ce presiunea din spatele acestui punct scade brusc. .
Ca urmare a faptului că presiunea la marginea de fugă a corpului este mai mare decât în spatele punctului de separare, există un flux invers de aer din zona de presiune mai mare către zona de presiune mai mică către punctul de separare, ceea ce presupune separarea fluxului de aer de suprafața corpului (Fig. 8).
Un strat limită laminar se separă mai ușor de suprafața corpului decât unul turbulent.
Ecuația de continuitate pentru un jet de curent de aer
Ecuația continuității jetului de aer (constanța fluxului de aer) este o ecuație a aerodinamicii, care decurge din legile de bază ale fizicii - conservarea masei și a inerției - și stabilește relația dintre densitate, viteză și zona secțiunii transversale a jetului de aer.
Orez. opt
Orez. nouă
Luând în considerare, se acceptă condiția ca aerul studiat să nu aibă proprietatea de compresibilitate (Fig. 9).
Într-un filtru de secțiune transversală variabilă, un al doilea volum de aer curge prin secțiunea I pentru o anumită perioadă de timp, acest volum este egal cu produsul dintre viteza fluxului de aer și secțiunea transversală F.
Al doilea debit de aer în masă m este egal cu produsul dintre cel de-al doilea debit de aer și densitatea fluxului de aer p a jetului. Conform legii conservării energiei, masa debitului de aer al curentului m1 care curge prin secțiunea I (F1) este egală cu masa m2 a acestui debit care trece prin secțiunea II (F2), cu condiția ca debitul de aer să fie constant. :
m1=m2=const, (1,7)
m1F1V1=m2F2V2=const. (1,8)
Această expresie se numește ecuația continuității jetului fluxului de aer al curentului.
F1V1=F2V2= const. (1,9)
Deci, se poate observa din formula că același volum de aer trece prin diferite secțiuni ale fluxului într-o anumită unitate de timp (secunda), dar cu viteze diferite.
Scriem ecuația (1.9) sub următoarea formă:
Din formula se poate observa că viteza fluxului de aer a jetului este invers proporțională cu aria secțiunii transversale a jetului și invers.
Astfel, ecuația de continuitate a jetului fluxului de aer stabilește relația dintre secțiunea transversală a jetului și viteza, cu condiția ca debitul de aer al jetului să fie constant.
Presiunea statică și viteza capului ecuația Bernoulli
aerodinamica avioanelor
Aeronava, care se află într-un flux de aer staționar sau în mișcare în raport cu acesta, suferă presiune din partea acestuia din urmă, în primul caz (când fluxul de aer este staționar) este presiune statică, iar în al doilea caz (când fluxul de aer este în mișcare). ) este presiune dinamică, este adesea numită presiune de viteză. Presiunea statică dintr-un curent este similară cu presiunea unui lichid în repaus (apă, gaz). De exemplu: apă într-o țeavă, poate fi în repaus sau în mișcare, în ambele cazuri pereții țevii sunt sub presiunea apei. În cazul mișcării apei, presiunea va fi ceva mai mică, deoarece a apărut o presiune de viteză.
Conform legii conservării energiei, energia unui curent de aer în diferite secțiuni ale unui curent de aer este suma energiei cinetice a curentului, energia potențială a forțelor de presiune, energia internă a curentului și energia a pozitiei corpului. Această sumă este o valoare constantă:
Ekin+Ep+Evn+En=const (1.10)
Energia cinetică (Ekin) - capacitatea unui flux de aer în mișcare de a lucra. Ea este egală
unde m este masa aerului, kgf s2m; Viteza V a fluxului de aer, m/s. Dacă în loc de masa m înlocuim densitatea masei aerului p, atunci obținem formula pentru determinarea vitezei înălțimii q (în kgf / m2)
Energia potențială Ep - capacitatea fluxului de aer de a lucra sub influența forțelor de presiune statică. Este egal cu (în kgf-m)
unde Р - presiunea aerului, kgf/m2; F este aria secțiunii transversale a filamentului de flux de aer, m2; S este calea parcursă de 1 kg de aer printr-o secțiune dată, m; produsul SF se numește volum specific și se notează cu v, înlocuind valoarea volumului specific de aer în formula (1.13), obținem
Energia internă Evn este capacitatea unui gaz de a lucra atunci când temperatura acestuia se schimbă:
unde Cv este capacitatea termică a aerului la un volum constant, cal/kg-grad; T-temperatura pe scara Kelvin, K; A este echivalentul termic al lucrului mecanic (cal-kg-m).
Din ecuație se poate observa că energia internă a fluxului de aer este direct proporțională cu temperatura acestuia.
Energia de poziție En este capacitatea aerului de a lucra atunci când poziția centrului de greutate al unei anumite mase de aer se modifică atunci când aceasta se ridică la o anumită înălțime și este egală cu
unde h este modificarea înălțimii, m.
Având în vedere valorile mici și reduse ale separării centrelor de greutate ale maselor de aer de-a lungul înălțimii într-un strop de aer, această energie este neglijată în aerodinamică.
Luând în considerare toate tipurile de energie în raport cu anumite condiții, este posibil să se formuleze legea lui Bernoulli, care stabilește o relație între presiunea statică într-un stropire a fluxului de aer și presiunea vitezei.
Să considerăm o conductă (Fig. 10) cu diametru variabil (1, 2, 3) în care se mișcă un flux de aer. Manometrele sunt folosite pentru a măsura presiunea în secțiunile luate în considerare. Analizând citirile manometrelor, putem concluziona că cea mai mică presiune dinamică este indicată de un manometru din secțiunea 3-3. Aceasta înseamnă că atunci când conducta se îngustează, viteza fluxului de aer crește și presiunea scade.
Orez. zece
Motivul scăderii de presiune este că debitul de aer nu produce niciun lucru (nu se ia în considerare frecarea) și de aceea energia totală a fluxului de aer rămâne constantă. Dacă considerăm că temperatura, densitatea și volumul fluxului de aer în diferite secțiuni sunt constante (T1=T2=T3; p1=p2=p3, V1=V2=V3), atunci energia internă poate fi ignorată.
Aceasta înseamnă că în acest caz este posibilă tranziția energiei cinetice a fluxului de aer în energie potențială și invers.
Când viteza fluxului de aer crește, atunci crește viteza de cap și, în consecință, energia cinetică a acestui flux de aer.
Înlocuim valorile din formulele (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) în formula (1.10), ținând cont că neglijăm energia internă și energia de poziție, transformând ecuația (1.10). ), noi obținem
Această ecuație pentru orice secțiune transversală a unui firicel de aer este scrisă după cum urmează:
Acest tip de ecuație este cea mai simplă ecuație matematică Bernoulli și arată că suma presiunilor statice și dinamice pentru orice secțiune a unui flux de aer constant este o valoare constantă. Compresibilitatea nu este luată în considerare în acest caz. Se fac corecții corespunzătoare atunci când se ține cont de compresibilitate.
Pentru claritatea legii lui Bernoulli, puteți efectua un experiment. Luați două foi de hârtie, ținându-le paralele una cu cealaltă la o distanță mică, suflați în golul dintre ele.
Orez. unsprezece
Frunzele se apropie. Motivul convergenței lor este că pe partea exterioară a foilor presiunea este atmosferică, iar în golul dintre ele, din cauza prezenței unei presiuni de aer de mare viteză, presiunea a scăzut și a devenit mai mică decât atmosferică. Sub influența diferenței de presiune, foile de hârtie se îndoaie spre interior.
tuneluri de vant
O configurație experimentală pentru studierea fenomenelor și proceselor care însoțesc fluxul de gaz în jurul corpurilor se numește tunel de vânt. Principiul de funcționare a tunelurilor de vânt se bazează pe principiul relativității lui Galileo: în loc de mișcarea unui corp într-un mediu staționar, se studiază un flux de gaz în jurul unui corp staționar.În tunelurile de vânt, forțele aerodinamice care acționează asupra aeronavei și se determină experimental momentele, se studiază distribuțiile de presiune și temperatură pe suprafața acesteia, se observă modelul de curgere în jurul corpului, se studiază aeroelasticitatea etc.
Tunelurile de vânt în funcție de intervalul numerelor Mach M sunt împărțite în subsonice (M=0,15-0,7), transonice (M=0,7-13), supersonice (M=1,3-5) și hipersonice (M= 5-25), conform la principiul de funcționare - în încăperi de compresoare (funcționare continuă), în care fluxul de aer este creat de un compresor special, și cele cu baloane cu presiune crescută, conform dispoziției circuitului - în cele închise și deschise.
Țevile compresoarelor au randament ridicat, sunt ușor de utilizat, dar necesită crearea de compresoare unice cu debite mari de gaz și putere mare. Tunelurile de vânt cu baloane sunt mai puțin economice decât tunelurile de vânt cu compresor, deoarece o parte din energie se pierde atunci când gazul este accelerat. În plus, durata de funcționare a tunelurilor de vânt cu baloane este limitată de alimentarea cu gaz în butelii și variază de la zeci de secunde la câteva minute pentru diferite tuneluri de vânt.
Distribuția largă a tunelurilor de vânt cu baloane se datorează faptului că acestea sunt mai simple în design și puterea compresorului necesară pentru umplerea baloanelor este relativ mică. În tunelurile eoliene cu buclă închisă se utilizează o parte semnificativă a energiei cinetice rămase în fluxul de gaz după trecerea acestuia prin zona de lucru, ceea ce mărește eficiența tunelului eolian. În acest caz, totuși, este necesară creșterea dimensiunilor totale ale instalației.
În tunelurile de vânt subsonice sunt studiate caracteristicile aerodinamice ale elicopterelor subsonice, precum și caracteristicile aeronavelor supersonice în modurile de decolare și aterizare. În plus, ele sunt folosite pentru a studia fluxul în jurul mașinilor și altor vehicule terestre, clădiri, monumente, poduri și alte obiecte.Figura prezintă o diagramă a unui tunel subsonic subsonic în buclă închisă.
Orez. 12
1 - fagure 2 - grile 3 - precameră 4 - confuzor 5 - direcția fluxului 6 - piesa de lucru cu modelul 7 - difuzor, 8 - genunchi cu lame rotative, 9 - compresor 10 - răcitor de aer
Orez. treisprezece
1 - fagure 2 - ecrane 3 - precamera 4 confuzor 5 piesa de lucru perforata cu model 6 ejector 7 difuzor 8 cot cu palete de ghidare 9 evacuare aer 10 - alimentare cu aer din cilindri
Orez. paisprezece
1 - cilindru de aer comprimat 2 - conductă 3 - accelerație de control 4 - grile de nivelare 5 - fagure 6 - grile de turbulente 7 - precamera 8 - confuzor 9 - duză supersonică 10 - piesa de lucru cu modelul 11 - difuzor supersonic 12 - difuzor subsonic 13 - difuzor subsonic 13 în atmosferă
Orez. cincisprezece
1 - cilindru cu presiune mare 2 - conductă 3 - clapetă de control 4 - încălzitor 5 - precamera cu fagure și grile 6 - duză hipersonică axisimetrică 7 - piesa de lucru cu modelul 8 - difuzor hipersonic axisimetric 9 - răcitor de aer 10 - direcția fluxului 11 - aer alimentare în ejectoare 12 - ejectoare 13 - obloane 14 - vas de vid 15 - difuzor subsonic
În funcție de metoda de ventilație a camerei, se obișnuiește să apelați:
a) ventilate turbulent sau încăperi cuflux de aer neunidirecțional;
b) încăperi cu flux de aer laminar sau unidirecţional.
Notă. Vocabularul profesional este dominat de termeni
"turbulent flux de aer, flux de aer laminar.
Moduri de conducere eu aerisesc
Există două moduri de conducere aer : laminar ? și turbulent?. Laminar? modul este caracterizat prin mișcarea ordonată a particulelor de aer de-a lungul traiectoriilor paralele. Amestecarea în flux are loc ca urmare a întrepătrunderii moleculelor. În regimul turbulent, mișcarea particulelor de aer este haotică, amestecarea se datorează interpenetrării volumelor individuale de aer și, prin urmare, are loc mult mai intens decât în regimul laminar.
În mișcarea laminară staționară, viteza fluxului de aer într-un punct este constantă ca mărime și direcție; în timpul mișcării turbulente, mărimea și direcția acesteia sunt variabile în timp.
Turbulența este o consecință a perturbațiilor externe (introduse în flux) sau interne (generate în flux).?. Turbulenţă fluxurile de ventilație, de regulă, de origine internă. Cauza sa este formarea de vortex atunci când curge în jurul unei neregularități?pereți și obiecte.
Criteriul de fundare? regimul turbulent este numărul Rhea?nolds:
R e = ud / h
Unde și este viteza medie a aerului înîn interior;
D - hidraulic? diametrul camerei;
D= 4S/P
S - arie a secțiunii transversale sediul;
R - perimetrul transversalului secțiunea camerei;
v- cinematice?coeficientul de viscozitate a aerului.
Numărul Rhea? Nolds, deasupra cărora mișcarea turbulentă a bonturilor?chivo, este numit critic. Pentru sediul este egal cu 1000-1500, pentru țevi netede - 2300. În sediul circulația aerului este de obicei turbulentă; la filtrare(in camere curate)posibil ca laminar?, și turbulente? modul.
Dispozitivele laminare sunt folosite în camerele curate și sunt folosite pentru a distribui volume mari de aer, prevăzând prezența tavanelor special proiectate, hote de podea și controlul presiunii în cameră. În aceste condiții, funcționarea distribuitoarelor de flux laminar este garantată pentru a asigura fluxul unidirecțional necesar cu căi de curgere paralele. Rata ridicată de schimb de aer contribuie la menținerea unor condiții apropiate de izotermă în fluxul de aer de alimentare. Plafoanele concepute pentru distribuția aerului cu schimburi mari de aer, datorită suprafeței mari, asigură o viteză inițială mică a fluxului de aer. Funcționarea extractoarelor la nivelul podelei și controlul presiunii din încăpere minimizează dimensiunea zonelor de recirculare, iar principiul „o trecere și o ieșire” funcționează cu ușurință. Particulele în suspensie sunt presate pe podea și îndepărtate, astfel încât riscul de recirculare a acestora este scăzut.
Fotografie de flux laminar
flux laminar- curgerea calmă a unui lichid sau gaz fără amestecare. Lichidul sau gazul se mișcă în straturi care alunecă unul împotriva celuilalt. Pe măsură ce viteza straturilor crește sau pe măsură ce vâscozitatea fluidului scade, fluxul laminar devine turbulent. Pentru fiecare lichid sau gaz, acest punct are loc la un anumit număr Reynolds.
Descriere
Curgerile laminare se observă fie în lichide foarte vâscoase, fie în fluxuri care au loc la viteze suficient de mici, precum și în cazul unui flux lent de fluid în jurul corpurilor mici. În special, curgerile laminare au loc în tuburi înguste (capilare), într-un strat de lubrifiant în rulmenți, într-un strat limită subțire care se formează în apropierea suprafeței corpurilor când un lichid sau un gaz curge în jurul lor etc. Odată cu creșterea vitezei din acest lichid, un flux laminar poate ajunge la un moment dat într-un flux turbulent dezordonat. În acest caz, forța de rezistență la mișcare se schimbă brusc. Regimul de curgere a fluidului este caracterizat de așa-numitul număr Reynolds (Re).
Când valoarea Re mai mici decât un anumit număr critic Re kp , au loc fluxuri de fluid laminar; dacă Re > Re kp , regimul de curgere poate deveni turbulent . Valoarea Re cr depinde de tipul de flux luat în considerare. Deci, pentru un debit în țevi rotunde, Recr ≈ 2200 (dacă viteza caracteristică este viteza medie în secțiune transversală, iar dimensiunea caracteristică este diametrul țevii). Prin urmare, pentru Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.
Distribuția vitezei
Profil de mediere a vitezei:
a - flux laminar
b - debit turbulent
Cu fluxul laminar într-o țeavă infinit lungă, viteza în orice secțiune a țevii se modifică conform legii V-V 0 ( 1 - r 2 /a 2 ), Unde A - raza conductei, r - distanta fata de axa, V 0 \u003d 2V sr - viteza de curgere axială (numeric maximă); profilul de viteză parabolic corespunzător este prezentat în fig. A.
Tensiunea de frecare variază de-a lungul razei conform unei legi liniare τ=τ w r/a Unde τ w = 4μVav/a - efort de frecare pe peretele conductei.
Pentru a depăși forțele de frecare vâscoasă în conductă în timpul mișcării uniforme, trebuie să existe o cădere de presiune longitudinală, de obicei exprimată prin egalitate. P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2 /2 Unde P1 și P2 - presiunea în k.-n. două secțiuni transversale la distanță l unul de altul λ - coeficient rezistenta in functie de Re pentru flux laminar λ = 64/Re .
Hidrodinamica este cea mai importantă ramură a fizicii care studiază legile mișcării fluidelor în funcție de condițiile externe. O problemă importantă care este luată în considerare în hidrodinamică este problema determinării fluxului laminar și turbulent al unui fluid.
Ce este un lichid?
Pentru a înțelege mai bine problema fluxului de fluid laminar și turbulent, este necesar să ne gândim mai întâi ce este această substanță.
Lichidul în fizică se numește una dintre cele 3 stări agregate ale materiei, care, în condiții date, este capabilă să-și mențină volumul, dar care, sub influența forțelor tangențiale minime, își schimbă forma și începe să curgă. Spre deosebire de un corp solid, într-un lichid nu există forțe de rezistență la influențele externe care ar tinde să revină la forma sa inițială. Lichidul diferă de gaze prin faptul că este capabil să-și mențină volumul la o presiune externă și o temperatură constante.
Parametri care descriu proprietățile lichidelor
Problema curgerii laminare și turbulente este determinată, pe de o parte, de proprietățile sistemului în care este luată în considerare mișcarea fluidului și, pe de altă parte, de caracteristicile substanței fluide. Iată principalele proprietăți ale lichidelor:
- Densitate. Orice lichid este omogen, prin urmare, pentru a-l caracteriza, se folosește această mărime fizică, care reflectă cantitatea de masă a unei substanțe fluide care cade pe unitatea sa de volum.
- Viscozitate. Această valoare caracterizează frecarea care are loc între diferitele straturi ale fluidului în timpul curgerii sale. Deoarece energia potențială a moleculelor din lichide este aproximativ egală cu energia lor cinetică, aceasta determină prezența unei anumite vâscozități în orice substanță fluidă reală. Această proprietate a lichidelor este motivul pierderii de energie în cursul curgerii lor.
- Compresibilitatea. Odată cu creșterea presiunii exterioare, orice substanță fluidă își reduce volumul, totuși, pentru lichide această presiune trebuie să fie suficient de mare pentru a reduce puțin volumul pe care îl ocupă, prin urmare, pentru majoritatea cazurilor practice, această stare de agregare este considerată incompresibilă.
- Tensiune de suprafata. Această valoare este determinată de munca care trebuie cheltuită pentru a forma o suprafață unitară a lichidului. Existența tensiunii superficiale se datorează prezenței unor forțe de interacțiune intermoleculară în lichide și determină proprietățile capilare ale acestora.
flux laminar
Studiind problema fluxului turbulent și laminar, luăm în considerare mai întâi pe cea din urmă. Dacă pentru un lichid care se află într-o țeavă, se creează o diferență de presiune la capetele acestei țevi, atunci va începe să curgă. Dacă fluxul unei substanțe este calm și fiecare dintre straturile sale se mișcă de-a lungul unei traiectorii netede care nu intersectează liniile de mișcare ale altor straturi, atunci se vorbește despre un regim de curgere laminar. În timpul acesteia, fiecare moleculă de lichid se mișcă de-a lungul țevii de-a lungul unei anumite traiectorii.
Caracteristicile fluxului laminar sunt următoarele:
- Nu există amestecare între straturile individuale ale substanței fluide.
- Straturile care sunt mai aproape de axa conductei se deplasează cu o viteză mai mare decât cele care se află la periferia acesteia. Acest fapt este asociat cu prezența forțelor de frecare între moleculele lichide și suprafața interioară a țevii.
Un exemplu de flux laminar sunt jeturile paralele de apă care curg dintr-un duș. Dacă se adaugă câteva picături de colorant într-un flux laminar, atunci se poate vedea cum sunt atrase într-un jet, care își continuă curgerea lină fără a se amesteca în cea mai mare parte a lichidului.
curgere turbulentă
Acest mod este fundamental diferit de cel laminar. Un flux turbulent este un flux haotic în care fiecare moleculă se mișcă de-a lungul unei traiectorii arbitrare care poate fi prezisă doar în momentul inițial de timp. Acest mod este caracterizat prin turbulențe și mișcări circulare de volume mici în fluxul de fluid. Cu toate acestea, în ciuda caracterului aleatoriu al traiectoriilor moleculelor individuale, fluxul total se mișcă într-o anumită direcție, iar această viteză poate fi caracterizată printr-o anumită valoare medie.
Un exemplu de curgere turbulentă este curgerea apei într-un râu de munte. Dacă un colorant este aruncat într-un astfel de flux, atunci se poate vedea că în momentul inițial de timp va apărea un jet, care va începe să experimenteze distorsiuni și mici vârtejuri, apoi va dispărea, amestecându-se în întregul volum al lichidului.
Ce determină curgerea unui fluid?
Regimurile de curgere laminare sau turbulente depind de raportul a două mărimi: vâscozitatea substanței fluide, care determină frecarea dintre straturile de fluid, și forțele inerțiale, care descriu viteza curgerii. Cu cât substanța este mai vâscoasă și cu cât viteza curgerii sale este mai mică, cu atât este mai mare probabilitatea curgerii laminare. În schimb, dacă vâscozitatea fluidului este scăzută și viteza de mișcare a acestuia este mare, atunci debitul va fi turbulent.
Mai jos este un videoclip care explică clar caracteristicile regimurilor considerate ale fluxului de substanță.
Cum se determină regimul de curgere?
Pentru practică, această întrebare este foarte importantă, deoarece răspunsul la ea este legat de caracteristicile mișcării obiectelor într-un mediu fluid și de amploarea pierderilor de energie.
Tranziția dintre fluxul de fluid laminar și cel turbulent poate fi estimată folosind așa-numitele numere Reynolds. Sunt o cantitate adimensională și poartă numele inginerului și fizicianului irlandez Osborne Reynolds, care la sfârșitul secolului al XIX-lea și-a propus să le folosească pentru a determina practic modul de mișcare al unei substanțe fluide.
Puteți calcula numărul Reynolds (debitul laminar și turbulent al unui lichid într-o țeavă) folosind următoarea formulă: Re = ρ*D*v/μ, unde ρ și μ sunt densitatea și, respectiv, vâscozitatea substanței, v este viteza medie a curgerii sale, D este diametrul conductelor. În formulă, numărătorul reflectă forțele de inerție sau debitul, iar numitorul determină forțele de frecare sau vâscozitatea. Din aceasta putem concluziona că dacă numărul Reynolds pentru sistemul luat în considerare este mare, atunci fluidul curge în regim turbulent și invers, numere Reynolds mici indică existența unui flux laminar.
Semnificațiile specifice ale numerelor Reynolds și utilizările lor
După cum sa menționat mai sus, numărul Reynolds poate fi utilizat pentru a determina fluxul laminar și turbulent. Problema este că depinde de caracteristicile sistemului, de exemplu, dacă conducta are nereguli pe suprafața sa interioară, atunci fluxul turbulent de apă în ea va începe la debite mai mici decât într-una netedă.
Statisticile multor experimente au arătat că, indiferent de sistemul și natura fluidului, dacă numărul Reynolds este mai mic de 2000, atunci apare o mișcare laminară, dar dacă este mai mare de 4000, atunci fluxul devine turbulent. Valorile intermediare ale numerelor (de la 2000 la 4000) indică prezența unui regim de tranziție.
Aceste numere Reynolds sunt folosite pentru a determina mișcarea diferitelor obiecte și aparate tehnice în medii fluide, pentru a studia fluxul de apă prin conducte de diferite forme și, de asemenea, joacă un rol important în studiul unor procese biologice, de exemplu, mișcarea. a microorganismelor din vasele de sânge umane.
) se deplasează ca în straturi paralele cu direcția curgerii. L. t. se observă fie în lichide foarte vâscoase, fie în fluxuri care au loc la viteze suficient de mici, precum și în cazul unui flux lent de lichid în jurul corpurilor de dimensiuni mici. În special, L. t. se desfășoară în tuburi înguste (capilare), într-un strat de lubrifiant în rulmenți, într-un strat limită subțire care se formează în apropierea suprafeței corpurilor atunci când în jurul lor curge un lichid sau un gaz etc. Cu o creștere a viteza de mișcare a unui fluid dat, L. t. trece la un moment dat în . În același timp, toate proprietățile sale se modifică semnificativ, în special, structura curgerii, profilul vitezei și legea rezistenței. Regimul de curgere a fluidului este caracterizat de numărul Reynolds Re. Când valoarea Re este mai mică decât valoarea critică numerele Rekr, L. t. lichid are loc; dacă Re > Recr, fluxul devine turbulent. Valoarea Recr depinde de tipul de flux luat în considerare. Deci, pentru un debit în țevi rotunde, ReKp »2300 (dacă viteza caracteristică este considerată a fi media pe secțiune, iar dimensiunea caracteristică este diametrul țevii). La Recr
Dicţionar enciclopedic fizic. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983 .
FLUX LAMINAR
(din lat. lamina - placă) - un regim de curgere ordonat al unui lichid (sau gaz) vâscos, caracterizat prin absența amestecării între straturile adiacente de lichid. Condițiile în care un t liniar stabil, adică neîncălcat de perturbații aleatorii. Reynolds numere Re. Pentru fiecare tip de flux, există un astfel de număr R e Kr, naz. critic inferior Numărul Reynolds, care pentru orice Re
O idee despre caracteristicile t liniar. teava. Pentru acest curent R e Kr 2200, unde Re= ( -
debitul mediu al lichidului, d- diametrul conductei,
- cinematice coeficient vâscozitate, - dinamică. coeficient vâscozitatea, este densitatea lichidului). Astfel, L. t. practic stabil poate avea loc fie cu un flux relativ lent al unui lichid suficient de vâscos, fie în tuburi (capilare) foarte subțiri. De exemplu, pentru apă (\u003d 10 -6 m 2 / s la 20 ° C), L. t. s \u003d 1 m / s stabil este posibil numai în tuburi cu un diametru de cel mult 2,2 mm.
Cu t. liniar într-o țeavă infinit lungă, viteza în orice secțiune a țevii se modifică conform legii - (1 - - r 2 /A 2), unde A - raza conductei, r- distanta fata de axa, - viteza de curgere axiala (numeric maxima); parabolic corespunzător. profilul de viteză este prezentat în fig. A. Tensiunea de frecare variază de-a lungul razei conform legii liniare unde = este efortul de frecare pe peretele conductei. Pentru a depăși forțele de frecare vâscoasă în conductă în timpul mișcării uniforme, trebuie să existe o cădere de presiune longitudinală, de obicei exprimată prin egalitate. P 1-P 2 
Unde p1și p 2 - presiune în k.-n. două secțiuni transversale la distanță l unul de altul, - coeficient. rezistență, în funcție de pentru L. t. . Al doilea lichid din conductă la L. t. determină legea lui Poiseuille.În conductele de lungime finită, t. liniar descris nu este stabilit imediat, iar la începutul conductei există un așa-numit. sectiunea de intrare, pe care profilul de viteza se transforma treptat intr-unul parabolic. Lungimea aproximativă la intrare
Distribuția vitezei pe secțiunea conductei: A- cu flux laminar; b- în debit turbulent.
Când fluxul devine turbulent, structura curgerii și profilul de viteză se modifică semnificativ (Fig. 6
) și legea rezistenței, adică dependența de Re(cm. rezistenta hidrodinamica).
Pe lângă țevi, L. t. are loc în stratul de lubrifiere în rulmenți, în apropierea suprafeței corpurilor fluidizate cu un lichid cu vâscozitate scăzută (vezi strat limită) când un fluid foarte vâscos curge lent în jurul corpurilor mici (vezi, în special, formula Stokes). Teoria t liniară. chimie.
Lit.: Landau L. D., Lifshitz E. M., Mechanics of continuum media, ed. a II-a, M., 1954; Loitsyansky L. G., Mecanica lichidului și gazului, ed. a 6-a, M., 1987; Targ S. M., Probleme de bază ale teoriei fluxurilor laminare, M.-L., 1951; Slezkin N. A., Dinamica unui fluid vâscos incompresibil, M., 1955, cap. 4 - 11. S. M. Targ.
Enciclopedie fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988 .
Vedeți ce este „LAMINAR FLOW” în alte dicționare:
Enciclopedia modernă
flux laminar- (din latinescul lamina placă, bandă), curgere ordonată a unui lichid sau gaz, în care lichidul (gazul) se mișcă, parcă, în straturi paralele cu direcția curgerii. Curgerea laminară se observă fie cu curgeri care au loc cu ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat
- (din lat. bandă de placă de lamină), un flux în care un lichid (sau gaz) se mișcă în straturi fără amestecare. Existența unui flux laminar este posibilă doar până la un anumit, așa-zis. critic, numărul Reynolds Recr. Cu Re,…… Dicţionar enciclopedic mare
- (din latină lamina plate, strip * a. laminar flow; n. Laminarstromung, laminare Stromung; f. ecoulement laminaire, courant laminaire; and. corriente laminar, torrente laminar) curgere ordonată a unui lichid sau gaz, cu un lichid . .. ... Enciclopedia Geologică
- (din latinescul lamina placă, bandă) un flux de lichid vâscos în care particulele mediului se deplasează ordonat prin straturi iar procesele de transfer de masă, impuls și energie între straturi au loc la nivel molecular. Un exemplu tipic de L. t. ...... Enciclopedia tehnologiei
FLUX LAMINAR, fluxul constant al unui lichid sau gaz fără agitație. Lichidul sau gazul se mișcă în straturi care alunecă unul împotriva celuilalt. Pe măsură ce viteza straturilor crește sau pe măsură ce vâscozitatea scade... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic - mișcarea unui lichid (sau gaz) vâscos, în care lichidul (sau gazul) se mișcă în straturi paralele separate, fără turbulențe și amestecându-se între ele (spre deosebire de turbulent (vezi)). Ca rezultat (de exemplu, într-o țeavă), aceste straturi au ...... Marea Enciclopedie Politehnică
flux laminar- Mișcarea calmă, ordonată a apei sau a aerului care se deplasează paralel cu direcția curgerii, spre deosebire de curgerea turbulentă... Dicţionar de geografie
