Laminaire stromingsfotografie
Laminaire stroming- rustige vloeistof- of gasstroom zonder vermenging. Een vloeistof of gas beweegt in lagen die langs elkaar heen glijden. Naarmate de bewegingssnelheid van de lagen toeneemt, of naarmate de viscositeit van de vloeistof afneemt, verandert laminaire stroming in turbulente stroming. Voor elke vloeistof of gas vindt dit punt plaats bij een bepaalde waarde van het Reynoldsgetal.
Beschrijving
Laminaire stromingen worden waargenomen in zeer stroperige vloeistoffen, of in stromingen die met vrij lage snelheden plaatsvinden, maar ook in de langzame vloeistofstroom rond kleine lichamen. Met name laminaire stromingen vinden plaats in smalle (capillaire) buizen, in een smeermiddellaag in lagers, in een dunne grenslaag die zich vormt nabij het oppervlak van lichamen wanneer er vloeistof of gas omheen stroomt, etc. Met een toename van de snelheid van beweging van een bepaalde vloeistof, kan laminaire stroming op een gegeven moment veranderen in een ongeordende turbulente stroming. In dit geval verandert de kracht van weerstand tegen beweging scherp. Het vloeistofstroomregime wordt gekenmerkt door het zogenaamde Reynoldsgetal (Met betrekking tot).
Wanneer de waarde Met betrekking tot bij minder dan een bepaald kritisch getal Re kp treden laminaire vloeistofstromen op; als Re > Re kp kan het stromingsregime turbulent worden. De waarde van Re cr hangt af van het type stroom dat wordt beschouwd. Dus voor een instroom ronde pijpen Re cr ≈ 2200 (als de karakteristieke snelheid wordt beschouwd als de gemiddelde snelheid over de dwarsdoorsnede, en de karakteristieke grootte is pijp diameter). Daarom is bij Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.
Snelheidsverdeling
Snelheidsgemiddelde profiel:
a - laminaire stroming
b - turbulente stroming
Bij laminaire stroming in een oneindig lange pijp varieert de snelheid in elk deel van de pijp V-V wet 0 (1 - r 2 /a 2 ), Waar A - pijpradius, R - afstand vanaf de as, V 0 = 2V gemiddeld - axiale (numeriek maximale) stroomsnelheid; het overeenkomstige parabolische snelheidsprofiel wordt getoond in Fig. A.
Wrijvingsspanning varieert langs de straal volgens een lineaire wet τ=τ w r/a Waar τw = 4μVav/a - wrijvingsspanning op de buiswand.
Om de krachten van stroperige wrijving in een buis met uniforme beweging te overwinnen, moet er een drukval in de lengterichting optreden, meestal uitgedrukt door de gelijkheid P1-P2 = λ(l/d)ρV gemiddeld 2 /2 Waar P1 En P2 - druk in Ph.D. twee dwarsdoorsneden, gelegen op afstand l van elkaar λ - coëfficiënt weerstand afhankelijk van Met betrekking tot voor laminaire stroming λ = 64/Re .
Laminair is een luchtstroom waarbij luchtstromen in één richting bewegen en evenwijdig aan elkaar zijn. Wanneer de snelheid tot een bepaalde waarde toeneemt, verwerven de luchtstromen, naast de translatiesnelheid, ook snel veranderende snelheden loodrecht op de richting van de translatiebeweging. Er ontstaat een stroming die turbulent wordt genoemd, d.w.z. wanordelijk.
Grenslaag
De grenslaag is een laag waarin de luchtsnelheid varieert van nul tot een waarde dichtbij de lokale luchtstroomsnelheid.
Wanneer een luchtstroom rond een lichaam stroomt (fig. 5), glijden luchtdeeltjes niet over het oppervlak van het lichaam, maar worden ze afgeremd, en wordt de luchtsnelheid aan het oppervlak van het lichaam nul. Wanneer u zich van het lichaamsoppervlak verwijdert, neemt de luchtsnelheid toe van nul tot de snelheid van de luchtstroom.
De dikte van de grenslaag wordt gemeten in millimeters en hangt af van de viscositeit en druk van de lucht, het profiel van het lichaam, de toestand van het oppervlak en de positie van het lichaam in de luchtstroom. De dikte van de grenslaag neemt geleidelijk toe van de voorrand naar de achterrand. In de grenslaag verschilt de aard van de beweging van luchtdeeltjes van de aard van de beweging daarbuiten.
Laten we een luchtdeeltje A bekijken (Fig. 6), dat zich bevindt tussen luchtstromen met snelheden U1 en U2, vanwege het verschil in deze snelheden toegepast op tegenovergestelde punten van het deeltje, roteert het, en hoe dichter dit deeltje zich bevindt het oppervlak van het lichaam, hoe meer het roteert (waar het verschil in snelheid het grootst is). Wanneer het zich van het oppervlak van het lichaam verwijdert, vertraagt de rotatiebeweging van het deeltje en wordt gelijk aan nul vanwege de gelijkheid van de luchtstroomsnelheid en de luchtsnelheid van de grenslaag.
Achter het lichaam verandert de grenslaag in een gelijkstroomstraal, die vervaagt en verdwijnt naarmate hij zich van het lichaam verwijdert. De turbulentie in het zog valt op de staart van het vliegtuig en vermindert de efficiëntie ervan en veroorzaakt trillingen (bufferfenomeen).
De grenslaag is verdeeld in laminair en turbulent (Fig. 7). Bij een gestage laminaire stroming van de grenslaag treden alleen interne wrijvingskrachten op als gevolg van de viscositeit van de lucht, waardoor de luchtweerstand in de laminaire laag laag is.
Rijst. 5
Rijst. 6 Luchtstroom rond een lichaam - vertraging van de stroming in de grenslaag
Rijst. 7
In een turbulente grenslaag is sprake van een continue beweging van luchtstromen in alle richtingen, waardoor meer energie nodig is om een willekeurige wervelbeweging in stand te houden en als gevolg daarvan een grotere weerstand ontstaat tegen de luchtstroom naar het bewegende lichaam.
Om de aard van de grenslaag te bepalen, wordt de coëfficiënt Cf gebruikt. Een lichaam met een bepaalde configuratie heeft zijn eigen coëfficiënt. Dus bijvoorbeeld voor plat bord de weerstandscoëfficiënt van de laminaire grenslaag is:
voor een turbulente laag
waarbij Re het Reynoldsgetal is, dat de verhouding tussen traagheidskrachten en wrijvingskrachten uitdrukt en de verhouding van twee componenten bepaalt: profielweerstand (vormweerstand) en wrijvingsweerstand. Reynoldsgetal Re wordt bepaald door de formule:
waarbij V de luchtstroomsnelheid is,
I - aard van lichaamsgrootte,
kinetische viscositeitscoëfficiënt van luchtwrijvingskrachten.
Wanneer een luchtstroom rond een lichaam stroomt, gaat de grenslaag op een gegeven moment over van laminair naar turbulent. Dit punt wordt het overgangspunt genoemd. De locatie op het oppervlak van het lichaamsprofiel hangt af van de viscositeit en druk van de lucht, de snelheid van de luchtstromen, de vorm van het lichaam en zijn positie in de luchtstroom, evenals de oppervlakteruwheid. Bij het maken van vleugelprofielen streven ontwerpers ernaar dit punt zo ver mogelijk van de voorrand van het profiel te plaatsen, waardoor de wrijvingsweerstand wordt verminderd. Hiervoor worden speciale gelamineerde profielen gebruikt om de gladheid van het vleugeloppervlak te vergroten en een aantal andere maatregelen.
Wanneer de snelheid van de luchtstroom toeneemt of de positiehoek van het lichaam ten opzichte van de luchtstroom toeneemt tot een bepaalde waarde, wordt op een bepaald punt de grenslaag gescheiden van het oppervlak en neemt de druk achter dit punt scherp af.
Als gevolg van het feit dat aan de achterrand van het lichaam de druk groter is dan achter het scheidingspunt, ontstaat er een omgekeerde luchtstroom vanuit de zone meer druk naar een zone met lagere druk tot het punt van scheiding, wat de scheiding van de luchtstroom van het oppervlak van het lichaam met zich meebrengt (Fig. 8).
Een laminaire grenslaag komt gemakkelijker los van het oppervlak van een lichaam dan een turbulente grenslaag.
Continuïteitsvergelijking van de luchtstroom
De vergelijking van de continuïteit van een luchtstroom (constantheid van de luchtstroom) is een vergelijking van de aerodynamica die volgt uit de basiswetten van de natuurkunde - behoud van massa en traagheid - en legt de relatie vast tussen de dichtheid, snelheid en dwarsdoorsnedeoppervlak van een luchtstroom.
Rijst. 8
Rijst. 9
Bij het overwegen ervan wordt de voorwaarde aanvaard dat de onderzochte lucht niet de eigenschap van samendrukbaarheid heeft (Fig. 9).
Bij een stroom met variabele doorsnede stroomt gedurende een bepaalde tijd een tweede volume lucht door sectie I; dit volume is gelijk aan het product van de luchtstroomsnelheid en de doorsnede F.
Het tweede luchtmassadebiet m is gelijk aan het product van het tweede luchtdebiet en de dichtheid p van de luchtstroom van de stroom. Volgens de wet van behoud van energie is de massa van de luchtstroom m1 die door sectie I (F1) stroomt gelijk aan de massa m2 van de gegeven stroom die door sectie II (F2) stroomt, op voorwaarde dat de luchtstroom stabiel is:
m1=m2=const, (1,7)
m1F1V1=m2F2V2=const. (1,8)
Deze uitdrukking wordt de continuïteitsvergelijking van een luchtstroom genoemd.
F1V1=F2V2= constant. (1,9)
Uit de formule blijkt dus duidelijk dat hetzelfde luchtvolume in een bepaalde tijdseenheid (seconde) door verschillende delen van de stroom gaat, maar met verschillende snelheden.
Laten we vergelijking (1.9) in de volgende vorm schrijven:
De formule laat zien dat de snelheid van de luchtstroom van de straal omgekeerd evenredig is met het dwarsdoorsnedeoppervlak van de straal en omgekeerd.
De continuïteitsvergelijking van de luchtstroom legt dus de relatie vast tussen de dwarsdoorsnede van de straal en de snelheid, op voorwaarde dat de luchtstroom van de straal stabiel is.
Statische druk en snelheidskop Bernoulli-vergelijking
aerodynamica van vliegtuigen
Een vliegtuig dat zich in een stilstaande of bewegende luchtstroom ten opzichte daarvan bevindt, ondervindt druk van laatstgenoemde; in het eerste geval (wanneer de luchtstroom stationair is) is het statische druk en in het tweede geval (wanneer de luchtstroom beweegt) is het dynamische druk, het wordt vaker hogesnelheidsdruk genoemd. De statische druk in de stroom is vergelijkbaar met de druk van een vloeistof in rust (water, gas). Bijvoorbeeld: water in een leiding, deze kan in rust zijn of in beweging, in beide gevallen staan de wanden van de leiding onder druk van het water. In het geval van waterbeweging zal de druk iets minder zijn, omdat er een hoge snelheidsdruk is ontstaan.
Volgens de wet van behoud van energie is de energie van een luchtstroom in verschillende delen van een luchtstroom de som van de kinetische energie van de stroming, de potentiële energie van drukkrachten, de interne energie van de stroming en de energie van de lichaamshouding. Dit bedrag is een constante waarde:
Ekin+Er+Evn+En=sopst (1,10)
Kinetische energie (Ekin) is het vermogen van een bewegende luchtstroom om arbeid te verrichten. Het is gelijk
waarbij m de luchtmassa is, kgf s2m; V-luchtstroomsnelheid, m/s. Als we de luchtmassadichtheid p vervangen in plaats van massa m, krijgen we een formule voor het bepalen van de snelheidsdruk q (in kgf/m2)
Potentiële energie Ep is het vermogen van een luchtstroom om arbeid te verrichten onder invloed van statische drukkrachten. Het is gelijk (in kgf-m)
waarbij P de luchtdruk is, kgf/m2; F is het dwarsdoorsnede-oppervlak van de luchtstroom, m2; S is het pad dat 1 kg lucht door een bepaald gedeelte, m, aflegt; het product SF wordt het specifieke volume genoemd en wordt aangegeven met v. Door de waarde van het specifieke luchtvolume in formule (1.13) in te vullen, verkrijgen we
Interne energie Evn is het vermogen van een gas om arbeid te verrichten wanneer de temperatuur verandert:
waarbij Cv de warmtecapaciteit van lucht bij een constant volume is, cal/kg-deg; T-temperatuur op de schaal van Kelvin, K; A - thermisch equivalent mechanisch werk(cal-kg-m).
Uit de vergelijking wordt duidelijk dat de interne energie van de luchtstroom recht evenredig is met de temperatuur ervan.
Positie-energie En is het vermogen van lucht om arbeid te verrichten wanneer de positie van het zwaartepunt van een bepaalde luchtmassa verandert bij het stijgen naar een bepaalde hoogte en gelijk is aan
waarbij h de verandering in hoogte is, m.
Vanwege de minutieus kleine waarden van de scheiding van de zwaartepunten van luchtmassa's langs de hoogte in een luchtstroom, wordt deze energie in de aerodynamica verwaarloosd.
Als we alle soorten energie in relatie tot bepaalde omstandigheden beschouwen, kunnen we de wet van Bernoulli formuleren, die een verband legt tussen de statische druk in een luchtstroom en de snelheidsdruk.
Laten we een pijp (Fig. 10) met variabele diameter (1, 2, 3) bekijken waarin de luchtstroom beweegt. Om de druk in de betreffende secties te meten, worden manometers gebruikt. Als we de metingen van manometers analyseren, kunnen we concluderen dat de laagste dynamische druk wordt weergegeven door een manometer met doorsnede 3-3. Dit betekent dat naarmate de buis smaller wordt, de luchtstroomsnelheid toeneemt en de druk daalt.
Rijst. 10
De reden voor het drukverlies is dat de luchtstroom geen arbeid levert (er wordt geen rekening gehouden met wrijving) en dus totale energie luchtstroom blijft constant. Als we de temperatuur, dichtheid en volume van de luchtstroom in verschillende secties als constant beschouwen (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), dan kan de interne energie worden genegeerd.
Dit betekent dat het in dit geval mogelijk is dat de kinetische energie van de luchtstroom wordt omgezet in potentiële energie en omgekeerd.
Wanneer de snelheid van de luchtstroom toeneemt, neemt ook de snelheidsdruk en daarmee de kinetische energie van deze luchtstroom toe.
Laten we de waarden uit de formules (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) vervangen door formule (1.10), rekening houdend met het feit interne energie en we verwaarlozen de positie-energie, waarbij we vergelijking (1.10) transformeren
Deze vergelijking voor elke dwarsdoorsnede van een luchtstroom wordt als volgt geschreven:
Dit type vergelijking is de eenvoudigste wiskundige Bernoulli-vergelijking en laat zien dat de som van de statische en dynamische drukken voor elk deel van een stroom met constante luchtstroom een constante waarde is. In dit geval wordt geen rekening gehouden met de samendrukbaarheid. Wanneer rekening wordt gehouden met de samendrukbaarheid, worden passende correcties aangebracht.
Om de wet van Bernoulli te illustreren, kun je een experiment uitvoeren. Neem twee vellen papier, houd ze op korte afstand evenwijdig aan elkaar en blaas ze in de opening ertussen.
Rijst. elf
De lakens komen dichterbij. De reden voor hun toenadering is dat met buiten platen, de druk is atmosferisch, en in het interval daartussen nam de druk af door de aanwezigheid van hogesnelheidsluchtdruk en werd minder dan atmosferisch. Onder invloed van drukverschillen buigen vellen papier naar binnen.
Windtunnels
Een experimentele opstelling voor het bestuderen van de verschijnselen en processen die gepaard gaan met de gasstroom rond lichamen wordt een windtunnel genoemd. Het werkingsprincipe van windtunnels is gebaseerd op het relativiteitsprincipe van Galileo: in plaats van de beweging van een lichaam in een stilstaand medium wordt de gasstroom rond een stilstaand lichaam bestudeerd. In windtunnels worden de aerodynamische krachten en momenten die op de vliegtuigen worden experimenteel bepaald, de verdeling van druk en temperatuur over het oppervlak ervan wordt bestudeerd, het stromingspatroon rond het lichaam wordt waargenomen en de aero-elasticiteit wordt bestudeerd, enz.
Windtunnels zijn, afhankelijk van het bereik van Mach-getallen M, onderverdeeld in subsonisch (M = 0,15-0,7), transsonisch (M = 0,7-1 3), supersonisch (M = 1,3-5) en hypersonisch (M = 5-25). ), volgens het werkingsprincipe - op compressor ( voortdurende actie), waarbij de luchtstroom wordt gecreëerd door een speciale compressor, en ballonnen met verhoogde druk, volgens de circuitindeling - in gesloten en open.
Compressorleidingen hebben hoge efficiëntie Ze zijn gemakkelijk te gebruiken, maar vereisen de creatie van unieke compressoren met hoge gasstroomsnelheden en een hoog vermogen. Ballonwindtunnels zijn minder zuinig dan compressorwindtunnels, omdat er wat energie verloren gaat bij het smoren van het gas. Bovendien wordt de werkingsduur van ballonwindtunnels beperkt door de gasreserves in de tanks en varieert deze voor verschillende windtunnels van tientallen seconden tot enkele minuten.
Het wijdverbreide gebruik van ballonwindtunnels is te danken aan het feit dat ze eenvoudiger van ontwerp zijn en dat het compressorvermogen dat nodig is om de ballonnen te vullen relatief klein is. In windtunnels met gesloten kring een aanzienlijk deel van de kinetische energie die in de gasstroom achterblijft nadat deze door het werkgebied is gegaan, wordt gebruikt, wat de efficiëntie van de pijp verhoogt. In dit geval is het echter noodzakelijk om te verhogen algemene afmetingen installaties.
In subsonische windtunnels worden de aerodynamische eigenschappen van subsonische helikoptervliegtuigen bestudeerd, evenals de eigenschappen van supersonische vliegtuigen in de start- en landingsmodus. Daarnaast worden ze gebruikt om de stroming rond auto's en andere grondvoertuigen te bestuderen. Voertuig, gebouwen, monumenten, bruggen en andere objecten. Figuur toont een diagram van een subsonische windtunnel met een gesloten lus.
Rijst. 12
1 - honingraat 2 - roosters 3 - voorkamer 4 - confuser 5 - stroomrichting 6 - werkingsgedeelte bij model 7 - diffusor, 8 - bocht met roterende schoepen, 9 - compressor 10 - luchtkoeler
Rijst. 13
1 - honingraat 2 - roosters 3 - voorkamer 4 confuser 5 geperforeerd werkdeel bij model 6 uitwerper 7 diffusor 8 bocht met leischoepen 9 luchtuitlaat 10 - luchttoevoer vanuit cilinders
Rijst. 14
1 - cilinder met samengeperste lucht 2 - pijpleiding 3 - regelgasklep 4 - nivelleringsroosters 5 - honingraat 6 - ontturbulisatieroosters 7 - voorkamer 8 - confuser 9 - supersonische straalpijp 10 - werkgedeelte met model 11 - supersonische diffuser 12 - subsonische diffuser 13 - emissie in de atmosfeer
Rijst. 15
1 - cilinder met hoge druk 2 - pijpleiding 3 - bedieningsgasklep 4 - verwarming 5 - voorkamer met honingraat en roosters 6 - hypersonische axiaalsymmetrische spuitmond 7 - werkgedeelte met model 8 - hypersonische axiaalsymmetrische diffusor 9 - luchtkoeler 10 - stroomrichting 11 - luchttoevoer naar de ejectors 12 - uitwerpers 13 - luiken 14 - vacuümtank 15 - subsonische diffuser
Het vloeistofstroomregime verwijst naar de kinematica en dynamica van vloeibare macrodeeltjes, die samen de structuur en eigenschappen van de stroming als geheel bepalen.
De bewegingsmodus wordt bepaald door de verhouding tussen de traagheids- en wrijvingskrachten in de stroming. Bovendien werken deze krachten altijd op vloeibare macrodeeltjes wanneer ze in de stroom bewegen. Hoewel deze beweging door verschillende oorzaken kan worden veroorzaakt krachten van buitenaf bijvoorbeeld de zwaartekracht en druk. De verhouding van deze krachten weerspiegelt , wat een criterium is voor het vloeistofstroomregime.
Bij lage snelheden de beweging van vloeibare deeltjes in de stroming wordt gedomineerd door wrijvingskrachten, de Reynoldsgetallen zijn klein. Deze beweging heet laminair.
Bij hoge bewegingssnelheden van vloeibare deeltjes in een stroom zijn de Reynoldsgetallen hoog, dan overheersen traagheidskrachten in de stroom en deze krachten bepalen de kinematica en dynamica van deeltjes, dit regime wordt genoemd turbulent
En als deze krachten van dezelfde orde zijn (commensurabel), dan heet zo'n gebied - interleave regio.
Het type modus beïnvloedt grotendeels de processen die in de stroom plaatsvinden, en daarmee de berekende afhankelijkheden.
In de figuur wordt een installatiediagram getoond om de vloeistofstroomregimes te illustreren.
De vloeistof uit de tank stroomt via een transparante leiding via een kraan naar de afvoer. Bij de ingang van de pijp bevindt zich een dunne buis waardoor de kleurende substantie het centrale deel van de stroom binnendringt.
Als u de kraan een beetje opent, begint de vloeistof met lage snelheid door de pijpleiding te stromen. Wanneer u een kleurstof in de stroom brengt, kunt u zien hoe een stroom kleurstof in de vorm van een lijn van het begin van de pijp naar het einde stroomt. Dit duidt op een gelaagde vloeistofstroom, zonder vermenging en vortexvorming, en op het overwicht van traagheidskrachten in de stroming.
Dit stroomregime wordt genoemd laminair.
Laminaire modus is een gelaagde vloeistofstroom zonder deeltjes te mengen, zonder pulserende snelheden en drukken, zonder lagen en wervels te mengen.
Bij laminaire stroming zijn de stroomlijnen evenwijdig aan de buisas, d.w.z. er zijn geen bewegingen dwars op de vloeistofstroom.
Turbulente stromingsregime
Naarmate het debiet door de leiding in de onderhavige installatie toeneemt, zal de bewegingssnelheid van vloeistofdeeltjes toenemen. De stroom kleurvloeistof begint te oscilleren.
Als u de kraan verder openzet, neemt de doorstroming door de leiding toe.
De stroom van de kleurvloeistof zal zich beginnen te mengen met de hoofdstroom, er zullen talrijke zones van wervelvorming en menging merkbaar zijn, en traagheidskrachten zullen de overhand hebben in de stroming. Dit stroomregime wordt genoemd turbulent.
Een turbulent regime is een stroming die gepaard gaat met intense menging, verplaatsing van lagen ten opzichte van elkaar en pulsaties van snelheden en drukken.
In een turbulente stroming hebben de snelheidsvectoren niet alleen axiale, maar ook componenten loodrecht op de as van het kanaal.
Waar hangt het vloeistofstroomregime van af?
Het stromingsregime hangt af van de bewegingssnelheid van vloeistofdeeltjes in pijpleidingen en de geometrie van de pijpleiding.
Zoals eerder opgemerkt, stelt het regime van de vloeistofstroom in de pijpleiding ons in staat te oordelen Reynolds-criterium, dat de verhouding weerspiegelt tussen traagheidskrachten en stroperige wrijvingskrachten.
- Bij Reidolds-cijfers onder de 2300 kunnen we over praten laminair beweging van deeltjes (sommige bronnen geven het cijfer 2000 aan)
- Als het Reynolds-criterium groter is dan 4000, dan is het stromingsregime dat ook turbulent
- Reynoldsgetallen tussen 2300 en 4000 geven dit aan overgangsregime vloeistofstroom
Laminaire stroming vloeistof wordt gelaagde stroming genoemd zonder vermenging van vloeistofdeeltjes en zonder pulsaties van snelheid en druk.
De wet van de snelheidsverdeling over de dwarsdoorsnede van een ronde pijp in een laminaire bewegingsmodus, opgesteld door de Engelse natuurkundige J. Stokes, heeft de vorm
,
Waar 
,
- hoofdverlies over de lengte.
Bij 
, d.w.z. op de pijpas 
,
.
Bij laminaire beweging zal het snelheidsdiagram langs de dwarsdoorsnede van de buis de vorm hebben van een kwadratische parabool.
Turbulente wijze van vloeiende beweging
Turbulent een stroom genoemd die gepaard gaat met een intense menging van de vloeistof en pulsaties van snelheden en drukken.
Als gevolg van de aanwezigheid van wervels en de intense vermenging van vloeibare deeltjes is er op elk punt in de turbulente stroming op een bepaald moment een momentane lokale snelheid in waarde en richting. u, en het traject van deeltjes die door dit punt gaan heeft ander soort(bezetten verschillende posities in de ruimte en hebben verschillende vormen). Een dergelijke fluctuatie in de tijd van onmiddellijke lokale snelheid wordt genoemd snelheid pulsatie. Hetzelfde gebeurt met druk. Een turbulente beweging is dus instabiel.
Gemiddeld lokale snelheid ū – fictief gemiddelde snelheid op een bepaald punt van de stroom gedurende een voldoende lange tijdsperiode, die, ondanks aanzienlijke fluctuaties in de momentane snelheden, vrijwel constant in waarde blijft en evenwijdig aan de stroomas
|
|
|
.P 
o Prandtl turbulente stroming bestaat uit twee regio’s: laminaire onderlaag En turbulente kern stroom, waartussen zich nog een gebied bevindt - overgangslaag. De combinatie van een laminaire onderlaag en een overgangslaag wordt in de hydrodynamica meestal genoemd grenslaag.
De laminaire onderlaag, direct gelegen aan de buiswanden, heeft een zeer kleine dikte δ , wat kan worden bepaald door de formule
.
In de overgangslaag wordt de laminaire stroming al verstoord door de dwarsbeweging van deeltjes, en hoe verder het punt zich van de buiswand bevindt, hoe hoger de intensiteit van de deeltjesmenging. De dikte van deze laag is ook klein, maar het is moeilijk om een duidelijke grens vast te stellen.
Het grootste deel van de live dwarsdoorsnede van de stroming wordt ingenomen door de kern van de stroming, waarin een intense menging van deeltjes wordt waargenomen. Daarom is het dit dat de turbulente beweging van de stroming als geheel kenmerkt.
HET CONCEPT VAN HYDRAULISCH GLADDE EN RUWE BUIZEN
P 
het oppervlak van de wanden van pijpen, kanalen, trays heeft een of andere ruwheid. Laten we de hoogte van de ruwheidsuitsteeksels aangeven met de letter Δ. De grootheid Δ wordt genoemd absolute ruwheid, en de verhouding ervan tot de buisdiameter (Δ/d) - relatieve ruwheid; de wederzijdse waarde van de relatieve ruwheid wordt genoemd relatieve gladheid(d/Δ).
Afhankelijk van de verhouding van de dikte van de laminaire onderlaag δ en de hoogten van de ruwheidsuitsteeksels Δ worden onderscheiden hydraulisch soepel En ruw pijpen. Als de laminaire onderlaag alle uitsteeksels op de buiswanden volledig bedekt, d.w.z. δ>Δ worden leidingen als hydraulisch glad beschouwd. Bij δ<Δ трубы считаются гидравлически шероховатыми. Так как значение δ зависит от Re, то одна и та же труба может быть в одних и тех же условиях гидравлически гладкой (при малых Re), а в других – шероховатой (при больших Re).
Lezing nr. 9
HYDRAULISCHE VERLIEZEN
ALGEMENE INFORMATIE.
Wanneer een echte vloeistofstroom beweegt, treden er drukverliezen op, omdat een deel van de specifieke energie van de stroming wordt besteed aan het overwinnen van verschillende hydraulische weerstanden. Kwantitatieve bepaling van hoofdverlies H P is een van de belangrijkste problemen van de hydrodynamica, zonder dat het praktische gebruik van de vergelijking van Bernoulli niet mogelijk is:
Waar α – kinetische energiecoëfficiënt gelijk aan 1,13 voor turbulente stroming, en 2 voor laminaire stroming; v-gemiddelde stroomsnelheid; H- een afname van de specifieke mechanische energie van de stroming in het gebied tussen secties 1 en 2, optredend als gevolg van interne wrijvingskrachten.
Verlies van specifieke energie (druk), of, zoals ze vaak worden genoemd, hydraulische verliezen, afhankelijk van de vorm, grootte van het kanaal, stroomsnelheid en viscositeit van de vloeistof, en soms van de absolute druk daarin. Hoewel de viscositeit van de vloeistof de hoofdoorzaak is van alle hydraulische verliezen, heeft deze niet altijd een significant effect op de omvang ervan.
Zoals uit experimenten blijkt, zijn de hydraulische verliezen in veel, maar niet alle gevallen, ongeveer evenredig met de vloeistofstroomsnelheid tot de tweede macht. Daarom wordt in de hydraulica de volgende algemene methode geaccepteerd om de hydraulische verliezen van de totale opvoerhoogte in lineaire eenheden uit te drukken:
,
of in drukeenheden
.
Deze uitdrukking is handig omdat deze de dimensieloze evenredigheidscoëfficiënt omvat ζ genaamd verliesfactor, of de weerstandscoëfficiënt, waarvan de waarde voor een bepaald kanaal constant is in de eerste ruwe benadering.
Verlies ratio ζ, er is dus een verhouding tussen de verloren kop en de snelheidskop.
Hydraulische verliezen worden doorgaans verdeeld in lokale verliezen en wrijvingsverliezen over de lengte.
M 
natuurlijke verliezen energie wordt veroorzaakt door de zogenaamde lokale hydraulische weerstand, d.w.z. lokale veranderingen in de vorm en grootte van het kanaal, waardoor vervorming van de stroming ontstaat. Wanneer een vloeistof door lokale weerstanden stroomt, verandert de snelheid ervan en verschijnen er meestal grote wervelingen. Deze laatste worden gevormd achter de plaats waar de stroming zich scheidt van de wanden en vertegenwoordigen gebieden waarin vloeistofdeeltjes voornamelijk langs gesloten bochten of trajecten dichtbij hen bewegen.
Lokale drukverliezen worden als volgt bepaald met behulp van de Weisbach-formule:
,
of in drukeenheden
,
Waar v- gemiddelde dwarsdoorsnedesnelheid in de buis waarin deze lokale weerstand is geïnstalleerd.
Als de diameter van de buis en bijgevolg de snelheid daarin over de lengte varieert, is het handiger om de grootste van de snelheden als ontwerpsnelheid te nemen, d.w.z. degene die overeenkomt met de kleinere buisdiameter.
Elke lokale weerstand wordt gekenmerkt door zijn eigen weerstandscoëfficiëntwaarde ζ , die in veel gevallen bij benadering als constant kan worden beschouwd voor een bepaalde vorm van lokale weerstand.
Wrijvingsverliezen over de lengte zijn energieverliezen die in hun pure vorm optreden in rechte buizen met constante doorsnede, d.w.z. met een uniforme stroming, en toenemen in verhouding tot de lengte van de buis. De beschouwde verliezen zijn te wijten aan interne verliezen in de vloeistof en komen daarom niet alleen voor in ruwe, maar ook in gladde buizen.
Wrijvingsdrukverliezen kunnen worden uitgedrukt met behulp van de algemene formule voor hydraulische verliezen, d.w.z.
,
de coëfficiënt is echter handiger ζ verbind met relatieve lange pijp l/ D.
Laten we een gedeelte van een ronde pijp nemen met een lengte gelijk aan de diameter en de verliescoëfficiënt aangeven met λ . Dan voor de hele lange pijp l en diameter D. de verliesfactor zal binnen zijn l/ D keer meer:
.
Vervolgens wordt het drukverlies als gevolg van wrijving bepaald door de Weisbach-Darcy-formule:
,
of in drukeenheden
.
Dimensieloze coëfficiënt λ genaamd wrijvingsverliescoëfficiënt over de lengte, of Darcy-coëfficiënt. Het kan worden beschouwd als een evenredigheidscoëfficiënt tussen het drukverlies als gevolg van wrijving en het product van de relatieve lengte van de buis en de snelheidsdruk.
N 
Het is moeilijk om de fysieke betekenis van de coëfficiënt te achterhalen λ
, als we de toestand van uniforme beweging beschouwen in een pijp met een cilindrisch volume en lengte l en diameter D, d.w.z. de gelijkheid aan nul van de som van de krachten die op het volume inwerken: drukkrachten en wrijvingskrachten. Deze gelijkheid heeft de vorm
,
Waar
- wrijvingsspanning op de buiswand.
Als overwegen 
, je kan krijgen
,
die. coëfficiënt λ is een waarde die evenredig is met de verhouding tussen de wrijvingsspanning op de buiswand en de dynamische druk bepaald door de gemiddelde snelheid.
Vanwege de constantheid van de volumetrische stroom van onsamendrukbare vloeistof langs een buis met constante doorsnede blijven de snelheid en specifieke kinetische energie ook constant, ondanks de aanwezigheid van hydraulische weerstand en drukverliezen. Het drukverlies wordt in dit geval bepaald door het verschil in de meetwaarden van twee piëzometers.
Lezing nr. 10
) beweegt als in lagen parallel aan de richting van de stroming. L. t. wordt waargenomen in zeer stroperige vloeistoffen, of in stromingen die met vrij lage snelheden plaatsvinden, evenals in de langzame vloeistofstroom rond kleine lichamen. In het bijzonder vinden luminescerende processen plaats in smalle (capillaire) buizen, in een smeermiddellaag in lagers, in een dunne grenslaag die wordt gevormd nabij het oppervlak van lichamen wanneer vloeistof of gas eromheen stroomt, enz. Met een toename van de bewegingssnelheid van een bepaalde vloeistof ontstaan er lichtstromen. .op een gegeven moment verandert het in . Tegelijkertijd veranderen al zijn eigenschappen aanzienlijk, met name de stromingsstructuur, het snelheidsprofiel en de wet van weerstand. Het vloeistofstroomregime wordt gekenmerkt door het Reynoldsgetal Re. Wanneer de Re-waarde minder dan kritisch is. aantal Recr, L. t. er vindt vloeistof plaats; als Re > Recr wordt de stroming turbulent. De waarde van Recr hangt af van het type stroom dat wordt overwogen. Dus voor stroming in ronde buizen ReKp » 2300 (als de karakteristieke snelheid wordt beschouwd als het gemiddelde over de dwarsdoorsnede, en de karakteristieke maat de diameter van de buis is). Bij Recr
Fysiek encyclopedisch woordenboek. - M.: Sovjet-encyclopedie. Hoofdredacteur A. M. Prokhorov. 1983 .
LAMINAIRE STROMING
(van het Latijnse lamina - plaat) - een geordend stroomregime van een stroperige vloeistof (of gas), gekenmerkt door de afwezigheid van vermenging tussen aangrenzende vloeistoflagen. De omstandigheden waaronder stabiele, d.w.z. niet verstoord door willekeurige verstoringen, L.t. kan optreden, hangt af van de waarde van de dimensieloze Reynoldsgetal Re. Voor elk type stroom is er zo'n nummer R e Kr, gebeld lager kritisch Reynoldsgetal, dat voor iedereen geldt Met betrekking tot
Een idee van de kenmerken van lineaire beweging wordt gegeven door het goed bestudeerde geval van beweging in een ronde cilindrische vorm. pijp Voor deze stroom R e € 2200, waar Opnieuw= ( -
gemiddelde vloeistofsnelheid, D- pijp diameter,
- kinematisch coëfficiënt viscositeit, - dynamisch coëfficiënt viscositeit, - vloeistofdichtheid). Zodoende kan een vrijwel stabiele laserstroom optreden, hetzij bij een relatief langzame stroming van een voldoende stroperige vloeistof, hetzij in zeer dunne (capillaire) buisjes. Voor water (= 10 -6 m 2 / s bij 20 ° C) is een stabiele L. t. met = 1 m / s bijvoorbeeld alleen mogelijk in buizen met een diameter van niet meer dan 2,2 mm.
Met LP in een oneindig lange pijp verandert de snelheid in elk deel van de pijp volgens de wet -(1 - - R 2 /A 2), waar A - pijpradius, R- afstand vanaf de as, - axiale (numeriek maximale) stroomsnelheid; de bijbehorende parabool. het snelheidsprofiel wordt getoond in Fig. A. De wrijvingsspanning varieert langs de straal volgens een lineaire wet waarbij = de wrijvingsspanning op de buiswand is. Om de krachten van stroperige wrijving in een buis met uniforme beweging te overwinnen, moet er een drukval in de lengterichting optreden, meestal uitgedrukt door de gelijkheid P1-P 2 
Waar blz. 1 En p2 - druk in Ph.D. twee dwarsdoorsneden op afstand l van elkaar - coëfficiënt. weerstand, afhankelijk van voor L. t. De tweede vloeistof in een pijp bij L. t. bepaalt De wet van Poiseuille. Bij pijpen met een eindige lengte wordt de beschreven L.t. niet onmiddellijk vastgesteld en aan het begin van de pijp bevindt zich een zogenaamde. het ingangsgedeelte, waar het snelheidsprofiel geleidelijk verandert in parabolisch. Geschatte lengte van het invoergedeelte
Snelheidsverdeling over de leidingdoorsnede: A- met laminaire stroming; B- in turbulente stroming.
Wanneer de stroming turbulent wordt, veranderen de stromingsstructuur en het snelheidsprofiel aanzienlijk (fig. 6
) en de wet van weerstand, d.w.z. afhankelijkheid van Met betrekking tot(cm. Hydrodynamische weerstand).
Naast pijpen vindt smering plaats in de smeerlaag van lagers, vlakbij het oppervlak van lichamen die rond een vloeistof met lage viscositeit stromen (zie Fig. grenslaag), wanneer een zeer stroperige vloeistof langzaam rond kleine lichamen stroomt (zie in het bijzonder Stokes-formule). De theorie van de lasertheorie wordt ook gebruikt in de viscometrie, bij de studie van warmteoverdracht in een bewegende stroperige vloeistof, bij de studie van de beweging van druppels en bellen in een vloeibaar medium, bij de beschouwing van stromingen in dunne vloeistoffilms, en bij het oplossen van een aantal andere problemen in de natuurkunde en natuurwetenschappen. scheikunde.
Lett.: Landau LD, Lifshits EM, Mechanics of Continuous Media, 2e ed., M., 1954; Loytsyansky L.G., Mechanics of liquid and gas, 6e druk, M., 1987; Targ S.M., Basisproblemen van de theorie van laminaire stromingen, M.-L., 1951; Slezkin NA, Dynamica van een stroperige onsamendrukbare vloeistof, M., 1955, hfst. 4 - 11. S.M. Targ.
Fysieke encyclopedie. In 5 delen. - M.: Sovjet-encyclopedie. Hoofdredacteur A. M. Prokhorov. 1988 .
Zie wat "LAMINAR FLOW" is in andere woordenboeken:
Moderne encyclopedie
Laminaire stroming- (van het Latijnse laminaplaat, strip), een geordende stroom van vloeistof of gas, waarin de vloeistof (gas) in lagen beweegt evenwijdig aan de stroomrichting. Laminaire stroming wordt waargenomen in stromingen die optreden met... ... Geïllustreerd encyclopedisch woordenboek
- (van het Latijnse laminaplaatstrook), een stroom waarin een vloeistof (of gas) in lagen beweegt zonder zich te mengen. Het bestaan van laminaire stroming is slechts tot een bepaald punt mogelijk, het zogenaamde. kritisch, Reynoldsgetal Recr. Wanneer Re,... ... Groot encyclopedisch woordenboek
- (van lat. lamina plaat, strip * a. laminaire stroming; n. Laminarstromung, laminare Stromung; f. ecoulement laminaire, courant laminaire; i. corriente laminar, torrente laminar) geordende stroom van vloeistof of gas, met vloeistof... ... Geologische encyclopedie
- (van het Latijnse laminaplaat, strip) een stroperige vloeistofstroom waarin de deeltjes van het medium op een ordelijke manier door de lagen bewegen en de processen van overdracht van massa, momentum en energie tussen de lagen plaatsvinden op moleculair niveau. Een typisch voorbeeld L.t... ... Encyclopedie van technologie
LAMINAR FLOW, rustige stroming van vloeistof of gas zonder vermenging. Een vloeistof of gas beweegt in lagen die langs elkaar heen glijden. Naarmate de bewegingssnelheid van de lagen toeneemt, of naarmate de viscositeit afneemt... ... Wetenschappelijk en technisch encyclopedisch woordenboek - de beweging van een stroperige vloeistof (of gas), waarbij de vloeistof (of gas) in afzonderlijke parallelle lagen beweegt zonder turbulentie en zich met elkaar vermengt (in tegenstelling tot turbulent (zie)). Als gevolg hiervan (bijvoorbeeld in een pijp) hebben deze lagen... ... Grote Polytechnische Encyclopedie
laminaire stroming- De kalme, ordelijke beweging van water of lucht die parallel beweegt aan de richting van de stroming, in tegenstelling tot turbulente stroming … Woordenboek van aardrijkskunde