Laminar र अशान्त प्रवाह। तरल पदार्थ प्रवाह regimes

तरल र ग्याँसहरु प्रवाह को गुण अध्ययन उद्योग र सार्वजनिक उपयोगिता लागि धेरै महत्त्वपूर्ण छ। पानी परिवहन दर मा laminar र अशान्त प्रवाह प्रभाव, तेल, विभिन्न उद्देश्यका लागि प्राकृतिक ग्याँस पाइपलाइन, अन्य मापदण्डहरू असर गर्छ। यी समस्याहरू विज्ञान hydrodynamics गर्छन्।

वर्गीकरण

तरल पदार्थ प्रवाह regimes र ग्याँसहरु को वैज्ञानिक वातावरण दुई धेरै भिन्न वर्गमा विभाजित छन्:

• laminar (मसी जेट);
• अशान्त।

पनि संक्रमणकालीन चरण भेद। आदि यो incompressible हुन सक्छ (तरल वास्तवमा छ), एक संकुचन (ग्याँस), प्रवाहकीय, ...: सोही, शब्द "तरल" एक विस्तृत अर्थ छ

मामला इतिहास

1880 मा अर्को Mendeleev दुई विपरीत प्रवाह regimes अस्तित्व को विचार व्यक्त गरिएको थियो। थप विवरण लागि यो मुद्दा मा 1883 मा अध्ययन पूरा गर्ने ब्रिटिश भौतिक र इन्जिनियर ओसबोर्न रेनल्ड्स जांच। पहिलो, व्यावहारिक, र त्यसपछि यो तरल परिवहन को एक कम प्रवाह दरमा laminar फारम हुन्छ कि पाइन्छ सूत्रहरू प्रयोग: तहहरू (कण प्रवाह) लगभग मिश्रण छैन र समानान्तर बाटोमा सार्न। तथापि, एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य (विभिन्न अवस्थामा लागि यो फरक छ) विजयी पछि, शीर्षक रेनल्ड्स नम्बर तरल प्रवाह अवस्था परिवर्तन भयो: को जेट प्रवाह अस्तव्यस्त भंवर हुन्छ - अर्थात्, अशान्त। यसलाई गरिएका ती मापदण्डहरू निहित र ग्याँसहरु केही हदसम्म हो।

व्यावहारिक अंग्रेजी वैज्ञानिक गणना को, व्यवहार जस्तै, पानी, अत्यधिक यो बग्छ जसमा ट्यांक (पाइप, च्यानल, capillaries, आदि), को आकार र आयाम निर्भर छ कि देखाए। - पाइप मा एक परिपत्र पार खण्ड (जस्तै लागि माउन्ट दबाव पाइपिंग प्रयोग) भएको यसको रेनल्ड्स नम्बर सूत्र डरलाग्दो राज्य पुन = 2300. प्रवाह च्यानल खोल्न क्रममा: रूपमा निम्नानुसार वर्णन गरिएको छ को रेनल्ड्स नम्बर हो फरक: पुन = 900. पुन साना मान लागि आदेश छ, अव्यवस्थित - ठूलो मा।

laminar प्रवाह

एक laminar प्रवाह अशान्त प्रकृति र पानी निर्देशन छ विपरीत (ग्याँस) बग्छ। तिनीहरूले मिश्रण बिना र pulsations बिना तहहरू सार्न। अर्को शब्दमा, को आन्दोलन स्थान दबाब निर्देशन र गति मा बत्तीको ठेगान कूदता बिना समान लाग्छ।

Laminar तरल पदार्थ प्रवाह, उदाहरणका लागि, संकीर्ण गठन गरिएको छ रक्त नली जीवित कुराहरू, को बिरुवाहरु capillaries को र तुलना अवस्थामा, (को पाइपलाइन मार्फत इन्धन तेल) धेरै viscous तरल को एक वर्तमान मा। को जेट प्रवाह दृष्टिगत गर्न एक सानो ट्याप प्रकट गर्न पर्याप्त छ - पानी मिश्रण बिना, चुपचाप प्रवाह हुनेछ समान रूप। अन्त गर्न spigot वोल्ट नट आदि खोल्नु भने, प्रणाली दबाव उठ्नेछ र प्रवाह अस्तव्यस्त हुनेछ।

अशान्त प्रवाह

एक laminar, wherein छिमेकी कणहरु साथ पर्याप्त समानान्तर बाटो सार्न विपरीत, तरल पदार्थ एक अशान्त प्रवाह बेकायदा प्रकृति छ। हामी Lagrange दृष्टिकोण प्रयोग गर्नुहुन्छ भने, कणहरु को प्रक्षेप पथ मनपरी ओभरल्याप र एकदम unpredictably व्यवहार गर्न सक्नुहुन्छ। यी अवस्थामा तरल र ग्याँसहरु को आन्दोलन nonstationarities धेरै व्यापक दायरा हुन सक्छ यी मापदण्डहरू सधैं क्षणिक हो।

अशान्त शासन आगम मा laminar ग्याँस प्रवाह रूपमा, अझै पनि हावा मा एक जल चुरोट को धुवाँ को उदाहरण wisps द्वारा अनुगमन गर्न सकिन्छ। सुरुमा, कणहरु समयमा अपरिवर्तित लगभग समानान्तर बाटो सार्न। चुरोट निश्चित देखिन्छ। त्यसपछि सबै अचानक केही बिन्दुमा त्यहाँ पूर्ण अंधाधुंध सार्न भनेर ठूलो eddies छन्। यी vortices सानो व्यक्तिहरूलाई मा माथि तोड - पनि सानो र यति मा मा। अन्त मा, वस्तुतः वरपरको हावा संग घोला जान सक्छ धूम्रपान।

कोलाहल चक्र

माथिको उदाहरणले पाठयपुस्तक छ, र आफ्नो पर्यवेक्षणका देखि वैज्ञानिकहरूले निम्न निष्कर्ष गरेका छन्:

1. Laminar र अशान्त प्रवाह प्रकृतिका probabilistic हो: एक मोड अर्को गर्न संक्रमण ठीक ठीक ठाउँमा छैन, र एक एकदम मनपरी, अनियमित स्थानमा।
2. पहिलो, धुवाँ को wisps को आकार भन्दा ठूलो हो कि ठूलो vortices छन्। आन्दोलन अस्थिर र कडा anisotropic बन्नेछ। ठूलो प्रवाह अस्थिर बन्न र सानो र सानो मा अप तोड्न। यसरी, eddies को वर्गीकरणका छ। आन्दोलन को ऊर्जा गर्न साना ठूलो देखि हस्तान्तरण गरिएको छ, र यो प्रक्रिया को अन्त मा गायब - ऊर्जा अपव्यय सानो तराजू मा हुन्छ।
3. अशान्त प्रवाह बत्तीको ठेगान छ: एक विशेष भंवर एक पूर्ण अनियमित, अप्रत्याशित ठाउँमा हुन सक्छ।
4. परिवेश हावा संग धुवाँ मिश्रण laminar प्रवाह अन्तर्गत ठाउँ लिन छैन, र अशान्त मा - धेरै गहन छ।
5. सबै ग्याँस-गतिशील मापदण्डहरू समय परिवर्तन - सीमा अवस्था स्थिर छन् भन्ने तथ्यलाई बाबजुद अशांति नै प्रकृति मा एक उच्चारण क्षणिक छ।

त्यहाँ कोलाहल अर्को महत्त्वपूर्ण सम्पत्ति हो: सधैं तीन आयोमी छ। हामी पाइप वा दुई-आयामी सीमा तहमा एक-आयामी प्रवाह विचार भने पनि अझै अशान्त eddies को गति तीन समन्वय अक्षहरूमा को निर्देशन मा आउँदैन।

रेनल्ड्स नम्बर: सूत्र

laminar देखि संक्रमण तथाकथित महत्वपूर्ण रेनल्ड्स नम्बर द्वारा विशेषता अशान्ति गर्न:

_{पुन करोड = (ρuL / μ)} करोड,

जहाँ ρ - घनत्व धारा, यू - प्रवाह दर विशेषता, एल - को गुणक - विशेषता आकार प्रवाह, μ गतिशील चिपचिपाहट को, एक परिपत्र पार खण्ड एक ट्यूब द्वारा लागि - करोड।

उदाहरणका लागि, पाइप एल मा वेग यू संग एक प्रवाह लागि रूपमा प्रयोग गरिन्छ पाइप व्यास। ओसबोर्न रेनल्ड्स देखाए यो मामला मा, 2300 <पुन _करोड <20000। फैलाउने धेरै ठूलो छ, परिमाण को लगभग आदेश।

यस्तै परिणाम वेफर मा सीमा तह मा प्राप्त भएको छ। यो विशेषता साइज प्लेट को अगाडि किनारा देखि दूरी रूपमा लिएको र त्यसपछि 3 × ¹⁰ May <पुन _करोड <4 × ¹⁰ अप्रिल छ। एल सीमा पत्र को मोटाई, को 2700 रूपमा परिभाषित गरिएको छ भने <पुन _करोड <9000। त्यहाँ पुन _करोड को मूल्य पनि ठूलो हुन सक्छ कि देखाएका छन् कि प्रयोगात्मक अध्ययन हो।

वेग perturbation को अवधारणा

को laminar र अशान्त तरल पदार्थ प्रवाह र तदनुसार, को रेनल्ड्स नम्बर (पुन) को महत्वपूर्ण मूल्य कारक को एक ठूलो संख्या मा निर्भर गर्दछ। बाट दबाब ढाल, धक्का खुरदरापन, बाह्य प्रवाह मा अशांति तीव्रता, अंतर तापमान, आदि सुविधाको लागि को उचाइ, यी समग्र कारक perturbation वेग भनिन्छ तिनीहरूले प्रवाह दर मा एक निश्चित प्रभाव पार्न देखि। यो खलबल सानो छ भने, यो viscous सेना वेग क्षेत्र पंक्तिबद्ध खोजिरहेका बसे गर्न सकिन्छ। लागि प्रवाह को ठूलो perturbations अस्थिर बन्न सक्छ, र कोलाहल हुन्छ।

: Inertial सेना र viscous सेना को अनुपात, रिसले सूत्र द्वारा कवर प्रवाह - को रेनल्ड्स नम्बरको शारीरिक अर्थ कि दिइएको

पुन = ρuL / μ = ρu ² / (μ × (यू / एल ))।

गणक दुई पल्ट वेग टाउको र डिनोमिनेटर छ - एल सीमा पत्र को मोटाइ रूपमा लिएको छ भने मान, यो घर्षण तनाव क्रम छ। गतिशील दबाव शेष र नष्ट गर्न tends घर्षण सेना यो विरोध गर्छन्। किन तथापि, यो अस्पष्ट छ inertia को सेना तिनीहरूले 1000 पटक थप viscous सेना हुँदा मात्र (वा वेग दबाव) परिवर्तन गर्न नेतृत्व।

गणना र तथ्य

शायद, अधिक सुविधाजनक एक विशेषता गति रूपमा प्रयोग गर्न पुन निरपेक्ष छैन _करोड प्रवाह वेग यू, र वेग perturbation। यस मामला मा, महत्वपूर्ण रेनल्ड्स नम्बर अर्थात् एक अशान्त तरल पदार्थ प्रवाह मा 5 पटक laminar प्रवाह भन्दा गतिशील दबाव खलबल viscous तनाव अधिक गर्दा 10 बारे, हुनेछ। केही वैज्ञानिकहरू अनुसार पुन यो परिभाषा निम्न experimentally सिद्ध तथ्य द्वारा बताए छ।

_करोड अनन्त गर्न tends पुन को लागि एक पूर्ण चिल्लो सतह मा एक पूर्ण वर्दी वेग प्रोफाइल परंपरागत संख्या निर्धारण गरिन्छ, त्यो हो, संक्रमण वास्तवमा अशान्ति गर्न हुन्छ। यहाँ रेनल्ड्स नम्बर 10 बराबर छ जो महत्वपूर्ण मूल्य तल perturbation वेग, को परिमाण निर्धारण गरिन्छ।

कृत्रिम अशांति को उपस्थिति मा, स्प्लास दर आधारभूत दर संग तुलना कारण, प्रवाह पुन _करोड भन्दा अशान्त मा धेरै कम रेनल्ड्स _{संख्या,} गति निरपेक्ष मान देखि निर्धारित हुन्छ। यो पुन जहाँ विशेषता वेग माथिको कारण कारण पनि वेग perturbation निरपेक्ष मान _करोड = 10, को गुणक प्रयोग गर्न अनुमति दिन्छ।

यस पाइपलाइन मा laminar प्रवाह शासन को स्थिरता

को laminar र अशान्त प्रवाह विभिन्न अवस्थामा तरल र ग्याँसहरु को सबै प्रकार साधारण छ। प्रवाह को laminar प्रकृति दुर्लभ र, संकीर्ण भूमिगत प्रवाहको फाँटमा लागि, उदाहरण को लागि विशेषता छन्। धेरै, यो मुद्दा द्वारा पाइपलाइन पानी, तेल, ग्याँस र अन्य तरल पदार्थ यातायात लागि व्यावहारिक आवेदन सन्दर्भमा वैज्ञानिकहरूको चासो छ।

अध्ययन मुख्य प्रवाह को गति विचलित गर्न Q laminar प्रवाह स्थिरता राम्ररी सम्बन्धित छ। यो तथाकथित सानो perturbations प्रभावित गर्न पाइएन। तिनीहरूले बढ्न वा समय बिलाएर जान्छ कि आधारमा, आधारभूत प्रवाह स्थिर वा अस्थिर हुन मानिन्छ।

संकुचन र संकुचन छैन तरल पदार्थ लागि

को laminar र अशान्त तरल पदार्थ प्रवाह प्रभावित भएको कारक को एक आफ्नो compressibility छ। यो तरल पदार्थ सम्पत्ति प्राथमिक वर्तमान मा तीव्र परिवर्तन संग गैर-अचल प्रक्रियाहरू को स्थिरता को अध्ययन मा विशेष महत्त्वपूर्ण छ।

अध्ययन गर्ने सिलिण्डर खण्ड को ट्यूब मा एक incompressible तरल पदार्थ को laminar प्रवाह समय र ठाउँ मा अपेक्षाकृत सानो axisymmetric र गैर-axisymmetric disturbances गर्न प्रतिरोधी छ भनेर संकेत गर्छ।

हालै, गणना जहाँ मुख्य वर्तमान दुई निर्देशांक निर्भर छ सिलिण्डर ट्यूब को उपखाडी भाग मा axisymmetric प्रवाह प्रतिरोध मा disturbances को प्रभाव मा बाहिर छन्। पाइप को समन्वय अक्ष मुख्य प्रवाह पाइप को अर्धव्यास संग वेग प्रोफाइल असर कि प्यारामिटर रूपमा मानिन्छ।

निष्कर्षमा

अध्ययन शताब्दीपछि भए तापनि हामी laminar र अशान्त प्रवाह राम्ररी अध्ययन छ भनेर भन्न सक्दैन। यस माइक्रो स्तर मा प्रयोगात्मक अध्ययन, एक तर्क गणना औचित्य आवश्यकता नयाँ मुद्दाहरू उठाउनु। पानी, तेल, ग्याँस र उत्पादन को किलोमिटर संसारको हजारौं: अनुसन्धान को प्रकृति आवेदन र प्रयोग हो। परिवहन समयमा अशांति को कमी को लागि अब को शुरू प्राविधिक समाधान, अधिक प्रभावकारी यसलाई हुनेछ।