Հեղուկի բուռն շարժում. Շարժման բուռն ռեժիմ փորձերում

ՏՈՒՐԲՈՒԼենտ ՀՈՍՔ

ՏՈՒՐԲՈՒԼենտ ՀՈՍՔ

(լատիներեն turbulentus-ից՝ անհանգիստ, անկայուն), հեղուկի կամ գազի հոսքի ձև, որով նրանք անկայուն շարժումներ են կատարում բարդ հետագծերով, ինչը հանգեցնում է հեղուկի կամ գազի շերտերի ինտենսիվ խառնմանը (տես ՏՈՒՐԲՈՒԼԵՆՏ)։ Խողովակներում, ալիքներում և հեռուստացույցների մոտ գտնվող սահմանային շերտերում, որոնք հոսում են հեղուկով կամ գազով, առավել մանրամասն ուսումնասիրվել են: մարմինները, ինչպես նաև այսպես կոչված. անվճար T. t. - շիթեր, հեղուկի կամ գազի համեմատ շարժվող հեռուստացույցի հետքեր: c.-l-ով չբաժանված տարբեր արագությունների հոսքերի միջև խառնման մարմիններ և գոտիներ. հեռուստացույց. պատերը. Թվարկված դեպքերից յուրաքանչյուրում T.t-ը տարբերվում է դրան համապատասխանող շերտավոր հոսքից՝ որպես իր բարդ ներքին։ կառուցվածքը (նկ. 1) և բաշխումը

Բրինձ. 1. Անհանգիստ հոսք.

միջին արագությունը հոսքի հատվածի վրա (նկ. 2) և ինտեգրալ բնութագրերը՝ միջինի կախվածությունը հատվածից կամ մաքս. արագությունը, հոսքը, ինչպես նաև գործակիցը։ դիմադրություն Reynolds թվից Re, T. t.-ի միջին արագության պրոֆիլը խողովակներում կամ ալիքներում տարբերվում է պարաբոլիկից: համապատասխան շերտավոր հոսքի պրոֆիլը պատերի մոտ արագության ավելի արագ աճով և ավելի ցածր

Բրինձ. Նկ. 2. Միջին արագության պրոֆիլը. ա - շերտավոր հոսքի համար; բ - տուրբուլենտ հոսքի մեջ.

կորություն դեպի կենտրոն: հոսքի մասեր. Բացառությամբ պատի մոտ գտնվող բարակ շերտի, արագության պրոֆիլը նկարագրված է լոգարիթմական եղանակով: օրենքը (այսինքն, գծայինորեն կախված է պատին հեռավորության լոգարիթմից): Coef. դիմադրություն l=8tw/rv2cp (որտեղ tw-ը պատի շփումն է, r-ը՝ հեղուկը, vav-ը՝ հոսքի միջին արագությունը հատվածի վրա) կապված է Re-ի հետ հարաբերակցությամբ.

l1/2 = (1/c?8) ln (l1/2Re)+B,

որտեղ ք. իսկ B-ն թվային հաստատուններ են: Ի տարբերություն շերտավոր սահմանային շերտերի, տուրբուլենտը սովորաբար ունենում է հստակ սահման, որը պատահականորեն տատանվում է ժամանակի հետ (0.4 b - 1.2d սահմաններում, որտեղ d-ը պատից հեռավորությունն է, որի վրա միջին արագությունը 0.99 վ է, իսկ v- արագությունը դուրս է: սահմանային շերտ): Միջին արագության պրոֆիլը տուրբուլենտ սահմանային շերտի մոտ պատի մասում նկարագրված է լոգարիթմով: օրենք, և արտաքին. արագության մի մասը մեծանում է պատից հեռավորության հետ ավելի արագ, քան լոգարիթմը: օրենք. l-ի կախվածությունը Re-ից այստեղ ունի վերևում նշված ձևի նման:

Շիթերը, արթնացման և խառնման գոտիները ունեն մոտ. ինքնանմանություն. յուրաքանչյուր հատվածում c \u003d կազմված է այս T. t-ից որևէ մեկի ոչ շատ փոքր հեռավորությունների վրա սկզբից x: բաժինը, դուք կարող եք մուտքագրել երկարության և արագության այնպիսի սանդղակներ L(x) և v(x), որոնք անչափ վիճակագրական են: har-ki հիդրոդինամիկ. դաշտերը (մասնավորապես՝ միջին արագության պրոֆիլները), որոնք ստացվել են այս սանդղակների միջոցով, նույնը կլինեն բոլոր բաժիններում:

Ազատ տ.տ.-ի դեպքում արտադրության շրջանը, որը զբաղեցնում է vortex t. անկանոն ձևսահմաններ, որոնցից դուրս հոսանքը պոտենցիալ է։ Ընդհատվող տուրբուլենտության գոտին այստեղ շատ ավելի լայն է, քան սահմանային շերտերում։

Ֆիզիկական Հանրագիտարանային բառարան. - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան. . 1983 .

ՏՈՒՐԲՈՒԼենտ ՀՈՍՔ

Հեղուկի կամ գազի հոսքի ձևը՝ հոսքի մեջ բազմաթիվ առկայության պատճառով պարսով։ պտույտներ դեկ. չափերը հեղուկ մասնիկները քաոսային են դարձնում: անկայուն շարժում բարդ հետագծերի երկայնքով (տես. տուրբուլենտություն),ի տարբերություն հարթ քվազի զուգահեռ մասնիկների հետագծերով շերտավոր հոսքերի։ Որոշվելիս դիտարկվել է T. t. պայմանները (բավականաչափ մեծ Ռեյնոլդսի թվերը) խողովակներում, ալիքներում, հեղուկի կամ գազի համեմատ շարժվող մակերեսների մոտ գտնվող սահմանային շերտերում պինդ նյութեր, նման մարմինների ետևում գտնվող շիթերի, տարբեր արագությունների հոսքերի միջև խառնվող գոտիների, ինչպես նաև տարբեր բնական պայմաններում։

T. T.-ն տարբերվում են շերտավորից ոչ միայն մասնիկների շարժման բնույթով, այլև հոսքի խաչմերուկում միջին արագության բաշխմամբ, միջինի կամ մաքսի կախվածությամբ։ արագություն, հոսք և գործակից: դիմադրություն Ռեյնոլդսի համարից Re,ջերմության և զանգվածի փոխանցման շատ ավելի մեծ ինտենսիվություն:

Ջերմաչափի միջին արագության պրոֆիլը խողովակներում և ալիքներում տարբերվում է պարաբոլիկից։ լամինար հոսքերի պրոֆիլը առանցքի մոտ ավելի փոքր կորությամբ և պատերի մոտ արագության ավելի արագ աճով, որտեղ, բացառությամբ բարակ մածուցիկ ենթաշերտի (հաստությունը կարգի, որտեղ v- մածուցիկություն, - «շփման արագություն», t-turbulent շփման լարվածություն, r-խտություն) արագության պրոֆիլը նկարագրված է ունիվերսալով. Reլոգարիթմ. օրենք:

որտեղ y 0-ը հավասար է հարթ պատի համար և համաչափ է պալարների բարձրությանը կոպիտ պատի համար:

Անհանգիստ սահմանային շերտը, ի տարբերություն շերտավորի, սովորաբար ունի հստակ սահման, որը ժամանակի ընթացքում անկանոն տատանվում է, որտեղ d-ը պատից հեռավորությունն է, որի դեպքում արագությունը հասնում է սահմանային շերտից դուրս արժեքի 99%-ին. Այս շրջանում արագությունը մեծանում է պատից հեռավորության հետ ավելի արագ, քան լոգարիթմը: օրենք.

Շիթերը, արթնացման և խառնման գոտիները ունեն մոտ. ինքնանմանություն՝ հեռավորության հետ xսկզբից հատվածի երկարության սանդղակ Լաճում է նման x տ,և արագության սանդղակը Uնվազում է նման x-n,որտեղ զանգվածային ինքնաթիռի համար t = n = 1, բնակարանի համար տ=1, n=1/2, ծավալային հետքի համար տ= 1/3, n= 2/3, հարթ հետքի համար m=n=1/2,խառնման գոտու համար m= 1, n = 0. Այստեղ տուրբուլենտ տարածքի սահմանը նույնպես հստակ է, բայց անկանոն ձևով և տատանվում է ավելի լայն, քան սահմանային շերտերում, հարթ ալիքի դեպքում՝ սահմաններում (0,4-3,2): Լ.

Լիտ.: Landau L. D., Lifshitz E. M., Mechanics of continuum media, 2nd ed., M., 1954; Լոյցյանսկի Լ. Գ., Հեղուկի և գազի մեխանիկա, 6-րդ հրատ., Մ., 1987; Townsend A. A., The structure of a turbulent flow with transverse shear, trans. անգլերենից, Մ., 1959; Աբրամովիչ Գ.Ն., տուրբուլենտ շիթերի տեսություն, Մոսկվա, 1960; Monin A. S., Yaglom A. M., Վիճակագրական, 2-րդ հրատ., մաս . 1, Սանկտ Պետերբուրգ, 1992 թ. A. S. Monin.

Ֆիզիկական հանրագիտարան. 5 հատորով. - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան. Գլխավոր խմբագիրԱ.Մ. Պրոխորով. 1988 .

Տեսեք, թե ինչ է «TURBULENT FLOW»-ը այլ բառարաններում.

Հեղուկի կամ գազի հոսք, որը բնութագրվում է նրա ծավալների քաոսային, անկանոն տեղաշարժով և ինտենսիվ խառնումով (տես Պղտորում), բայց ընդհանուր առմամբ ունի հարթ, կանոնավոր բնույթ։ T.t-ի առաջացումը կապված է անկայունության հետ ... ... Տեխնոլոգիաների հանրագիտարան

- (Lat turbulentus violent chaotic-ից), հեղուկի կամ գազի հոսք, որի ժամանակ հեղուկի մասնիկները բարդ հետագծերով կատարում են անկանոն, քաոսային շարժումներ, և միջավայրի արագությունը, ջերմաստիճանը, ճնշումը և խտությունը քաոսային են... ... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

Ժամանակակից հանրագիտարան

ՏՈՒՐԲՈՒԼԵՆՏ ՀՈՍՔ, ֆիզիկայում՝ հեղուկ միջավայրի շարժում, որում տեղի է ունենում նրա մասնիկների պատահական շարժում։ Ռեյնոլդսի բարձր թվով հեղուկի կամ գազի հատկանիշ: տես նաև ԼԱՄԻՆԱՐ ՀՈՍՔ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

տուրբուլենտ հոսք- Հոսք, որի ընթացքում գազի մասնիկները շարժվում են բարդ անկարգություններով, և փոխադրման գործընթացները տեղի են ունենում մակրոսկոպիկ, այլ ոչ թե մոլեկուլային մակարդակում: [ԳՕՍՏ 23281 78] Աերոդինամիկայի թեմաներ ԻնքնաթիռՀոսքերի տեսակների տերմինների ընդհանրացում ... ... Տեխնիկական թարգմանչի ձեռնարկ

տուրբուլենտ հոսք- (լատիներեն turbulentus փոթորիկ, քաոսային), հեղուկի կամ գազի հոսք, որի ժամանակ հեղուկի մասնիկները կատարում են անկանոն, քաոսային շարժումներ բարդ հետագծերի երկայնքով, և միջին փորձի արագությունը, ջերմաստիճանը, ճնշումը և խտությունը: .... Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան

- (լատիներեն turbulentus փոթորիկ, քաոսային * ա. տուրբուլենտ հոսք; n. Wirbelstromung; f. ecoulement turbulent, ecoulement tourbillonnaire; i. flujo turbulento, corriente turbulenta) հեղուկի կամ գազի շարժում, որի մեջ և ... .. . Երկրաբանական հանրագիտարան

տուրբուլենտ հոսք- Ջրի կամ օդի հոսքի ձևը, որում դրանց մասնիկները պատահական շարժումներ են կատարում բարդ հետագծերով, ինչը հանգեցնում է ինտենսիվ խառնման: Սին.՝ տուրբուլենտություն… Աշխարհագրության բառարան

ՏՈՒՐԲՈՒԼենտ ՀՈՍՔ- հեղուկի (կամ գազի) հոսքի տեսակ, որի դեպքում դրանց փոքր ծավալային տարրերը անկայուն շարժումներ են կատարում բարդ պատահական հետագծերով, ինչը հանգեցնում է հեղուկ (կամ գազային) շերտերի ինտենսիվ խառնմանը: T. t-ն առաջանում է ... ... Մեծ պոլիտեխնիկական հանրագիտարան

Շարունակական մեխանիկա Շարունակական միջին Դասական մեխանիկա Զանգվածի պահպանման օրենք Իմպուլսի պահպանման օրենք ... Վիքիպեդիա

Տուրբուլենտ հոսքը բնութագրվում է արագության, ճնշման և կոնցենտրացիայի արագ և պատահական տատանումներով՝ դրանց միջին արժեքների շուրջ: Այս տատանումները, որպես կանոն, հետաքրքրում են միայն համակարգերի վիճակագրական նկարագրությանը։ Հետևաբար, որպես տուրբուլենտ հոսքի ուսումնասիրության առաջին քայլ, սովորաբար հաշվի են առնվում միջին մեծությունների հավասարումները, որոնք համարվում են հոսքը նկարագրելու համար: Այս դեպքում որոշ միջին արժեքների համար ստացվում են դիֆերենցիալ հավասարումներ, որոնք ներառում են ավելի բարձր կարգի մոմենտներ։ Այսպիսով, այս մեթոդը թույլ չի տալիս ուղղակիորեն հաշվարկել որևէ միջին։ Անհանգիստ հոսքի խնդիրն ուղղակի անալոգիա ունի գազերի կինետիկ տեսության մեջ, որտեղ մոլեկուլների պատահական շարժման մանրամասները աննշան են, և միայն որոշ միջին չափելի մեծություններ են հետաքրքրված։

Շատ դեպքերում հնարավոր է գտնել շարժման (94-4) հավասարման պարզ լուծում, որը նկարագրում է շերտավոր հոսք, սակայն դիտարկվող հոսքն այս դեպքում տուրբուլենտ է։ Այս հանգամանքը հանգեցրեց լամինար հոսքի կայունության ուսումնասիրություններին։ Հոսքի կայունության հարցը ձևակերպված է հետևյալ կերպ. եթե հոսքը անսահմանորեն խախտվում է. փոքր գումար, այդ դեպքում խառնաշփոթը կմեծանա տարածության և ժամանակի մեջ, թե՞ կվերանա, և հոսքը կմնա լամինար։ Այս հարցը սովորաբար լուծվում է հիմնական, շերտավոր լուծման մոտ խնդիրը գծայինացնելով: Ստացված արդյունքները երբեմն համահունչ են տուրբուլենտության կամ ավելի բարդ շերտային հոսքի անցման փորձարարական դիտարկված պայմաններին, ինչպես պտտվող բալոնների միջև հոսող Թեյլորի հորձանուտների դեպքում (բաժին 4): Երբեմն մատչելի

զգալի անհամապատասխանություն փորձի հետ, ինչպես խողովակի մեջ Պուազեի հոսքի դեպքում:

տուրբուլենտ հոսքի համար միջինները կարող են սահմանվել որպես ժամանակային միջիններ, օրինակ

Ժամանակահատվածը U, որի ընթացքում իրականացվում է միջինացումը, պետք է մեծ լինի տատանումների ժամանակաշրջանի համեմատ, որը կարելի է գնահատել 0,01 վ:

Շերտավոր հոսքի համար լարվածությունը տրվում է (94-1) հավասարմամբ, որը սահմանում է Նյուտոնի օրենքը մածուցիկ հոսքի համար: Այնուամենայնիվ, տուրբուլենտ հոսքի մեջ կա իմպուլսի փոխանցման լրացուցիչ մեխանիզմ՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ պատահական արագության տատանումները հակված են իմպուլսի փոխանցմանը ավելի քիչ իմպուլս ունեցող շրջան: Այսպիսով, ընդհանուր միջին լարվածությունը կամ իմպուլսի սկուտեղը հավասար է մածուցիկ և տուրբուլենտ իմպուլսի հոսքերի գումարին.

որտեղ մածուցիկ իմպուլսի հոսքը որոշվում է ժամանակի միջինացված հավասարմամբ (94-1), իսկ տուրբուլենտ իմպուլսի հոսքը կստացվի ավելի ուշ այս բաժնում:

Ամուր պատից հեռու գերակշռում է թափի փոխանցումը տուրբուլենտ մեխանիզմով։ Այնուամենայնիվ, ամուր մակերեսի մոտ տուրբուլենտ տատանումները խոնավանում են, ինչի արդյունքում գերակշռում է մածուցիկ իմպուլսի փոխանցումը։ Հետեւաբար, պատի վրա շփման լարվածությունը դեռ որոշվում է հավասարությամբ

կապված R շառավղով խողովակի հոսքի հետ: Պինդ մակերևույթի մոտ տատանումների թուլացումը միանգամայն բնական է, քանի որ հեղուկը չի կարող հատել պինդ նյութի միջերեսը:

Անհանգիստ իմպուլսի բնույթը կարելի է պարզել՝ ժամանակի ընթացքում միջինացնելով շարժման հավասարումը (93-4).

Այստեղ նույն լարվածության տենզորը, որը նախկինում նշանակվում էր , նշվում է . Նյուտոնյան հեղուկների այս տենզորը տրված է (94-1):

Ներկայացնենք շեղումը արագության և ճնշման ժամանակային միջին արժեքներից.

v-ին անվանում ենք արագության տատանում կամ արագության տատանվող մաս։ Ժամանակի միջինացման մի քանի կանոններ ուղղակիորեն բխում են սահմանումից (98-1): Այսպիսով, գումարի ժամանակային միջինը հավասար է ժամանակի միջինների գումարին.

Ածանցյալի միջին արժեքը հավասար է ժամանակի միջինի ածանցյալին. Ընդհանուր առմամբ, ոչ գծային անդամի ժամանակային միջինը կտա մեկից ավելի անդամ: Օրինակ, Իհարկե, տատանման ժամանակի միջինը զրո է.

Մենք ենթադրում ենք, որ հեղուկի բնութագրերը, ինչպիսիք են և այլն, հաստատուն են, քանի որ նույնիսկ այս ենթադրությունների դեպքում տուրբուլենտ հոսքի խնդիրը մնում է դժվար, և քանի որ չսեղմվող հեղուկները նույնպես ենթակա են տուրբուլենտ հոսքի: Իրականում, սեղմվող շերտավոր սահմանային շերտը կարող է ավելի կայուն լինել, քան չսեղմվողը: Հաշվի առնելով այս դիտողությունները՝ ժամանակի ընթացքում միջինացնելով շարժման հավասարումը (98-4) տալիս է.

Ժամանակի միջինացված շարունակականության հավասարումը (93-3) ունի ձևը

Միջին մածուցիկ լարվածությունը հայտնաբերվում է ժամանակի ընթացքում հավասարության միջինացման միջոցով (94-1).

Այս հավասարումները համընկնում են մինչև միջինացումն առկա հավասարումների հետ, բացառությամբ, որ - տերմինը հայտնվում է շարժման հավասարման մեջ (98-6): Եթե ​​տուրբուլենտ իմպուլսի հոսքը արտահայտենք որպես

և գրի՛ր ընդհանուր միջին լարվածությունը՝ համաձայն (98-2) հավասարման, այնուհետև շարժման հավասարումը ձև է ստանում.

Այս հավասարումը շատ նման է նրան, ինչ եղել է մինչև միջինը:

Այս հաշվարկները ցույց են տալիս իմպուլսի տուրբուլենտ հոսքի ծագումը կամ, այսպես կոչված, Ռեյնոլդսի լարվածությունը, որը սահմանվում է հավասարությամբ (98-9): Իմպուլսի փոխանցման տուրբուլենտ մեխանիզմը որոշ չափով նման է գազերում իմպուլսի փոխանցման մեխանիզմին, միայն այն տարբերությամբ, որ գազերում փոխանցումը տեղի է ունենում մոլեկուլների պատահական շարժումով, իսկ հեղուկներում՝ մեծ մոլեկուլների պատահական շարժումով։ ագրեգատներ.

Կարելի է տեսնել, որ միջինացման գործընթացը հուսալիորեն չի կանխատեսում Ռեյնոլդսի լարումը: Չունենալով հիմնարար տեսություն՝ շատ հեղինակներ գրել են էմպիրիկ արտահայտություններ: Թերևս արժե ընդգծել, որ տուրբուլենտ սթրեսի և արագության ածանցյալների միջև պարզ կապ չկա, ինչպես դա տեղի է ունենում մածուցիկ սթրեսի դեպքում նյուտոնյան հեղուկում, որտեղ դա վիճակի բնութագրիչ է, որը կախված է միայն ջերմաստիճանից, ճնշումից և բաղադրությունից:

Պղտորման վերաբերյալ շատ գործնական խնդիրներ ներառում են պինդ մակերևույթի մոտ գտնվող տարածքը, քանի որ իր իմաստով հենց այս շրջանն է ծառայում որպես տուրբուլենտության առաջացման վայր, և քանի որ հենց այս տարածաշրջանում է պահանջվում հաշվարկել շփման լարումները և զանգվածի փոխանցման արագությունը: Բազմաթիվ փորձեր են արվել ուսումնասիրել փորձնական տվյալները՝ մակերեսին մոտ տուրբուլենտ տրանսպորտի տարբեր բնութագրերի հատկությունները ընդհանրացնելու նպատակով։ Այս բնութագրերը ներառում են ավելի բարձր կարգի միջիններ, ինչպիսիք են Ռեյնոլդսի սթրեսը, որը առաջանում է շարժման և կոնվեկտիվ դիֆուզիայի հավասարումների միջինացումից: Այս ընդհանրացումն ունի մակերեսի մոտ արագության բաշխման համընդհանուր օրենքի ձև: Նույն արդյունքը կարելի է արտահայտել՝ օգտագործելով տուրբուլենտ մածուցիկությունը և տուրբուլենտ կինեմատիկական մածուցիկությունը՝ տուրբուլենտ փոխադրումը արագության գրադիենտների հետ կապող գործակիցները: Այս գործակիցները հիմնականում կախված են պատի հեռավորությունից և, հետևաբար, հեղուկի հիմնարար բնութագրերը չեն: Նման տեղեկատվությունը հաճախ ձեռք է բերվում խողովակի կամ որոշ պարզ սահմանային շերտերի լիարժեք զարգացած հոսքի ուսումնասիրությամբ:

Պինդ մարմնի մակերևույթի մոտ տուրբուլենտ հոսքը ուսումնասիրելիս ցույց է տրվել, որ համընդհանուր արագության պրոֆիլ կոչվող կապը վավեր է միջին շոշափող արագության համար, որի կախվածությունը պինդ մակերեսի հեռավորությունից ցույց է տրված Նկ. 98-1. Այս կապը նկարագրում է ամբողջովին զարգացած տուրբուլենտ հոսքը հարթ հարթավայրի մոտ

պատի և վավերական է ինչպես խողովակի մեջ հոսքի, այնպես էլ տուրբուլենտ սահմանային շերտերի համար: Անհանգիստ արագության պրոֆիլի արտահայտությունը ներառում է պատի վրա շփման լարումը.

Նկատի ունեցեք, որ պատից հեռու միջին արագությունը տատանվում է գծային՝ կախված պատին հեռավորության լոգարիթմից, իսկ մոտակայքում՝ հեռավորության հետ գծայինորեն մեծանում է:

Բրինձ. 98-1. Ունիվերսալ արագության պրոֆիլը լիովին զարգացած տուրբուլենտ հոսքում:

Կորի հիմնական հատկանիշները վերարտադրվում են հետևյալ մոտավոր բանաձևերով.

Լոգարիթմական շրջանում

Այստեղ արագության պրոֆիլի y-ից կախվածության տերմինը կախված չէ մածուցիկությունից, որը մտնում է միայն հավելումային հաստատունի մեջ։

Սկսած թզ. 98-1-ը ցույց է տալիս, որ Ռեյնոլդսի լարվածությունը կախված է պատի հեռավորությունից: Սովորաբար այս կախվածությունը արտահայտվում է փոխհարաբերությամբ սահմանված տուրբուլենտ մածուցիկությամբ.

Ներածությունը հնարավորություն է տալիս էմպիրիկ տվյալները արտահայտել տուրբուլենտ մածուցիկության առումով։ Քանի որ պատի մոտ տուրբուլենտ հոսքը չի կարող լինել իզոտրոպ, հավանաբար այլ տուրբուլենտ մածուցիկություն է պահանջվում Ռեյնոլդսի լարվածության այլ բաղադրիչներ արտահայտելու համար, նույնիսկ պատից նույն հեռավորության վրա:

Բրինձ. 98-2. Տուրբուլենտ մածուցիկությունը որպես պինդ մակերեսի հեռավորության ունիվերսալ ֆունկցիա:

Համընդհանուր արագության պրոֆիլը (Նկար 98-1) կարծես թե վավեր է միայն պատին մոտ գտնվող տարածքում, որտեղ շփման լարումը էականորեն հաստատուն է: Այս պրոֆիլը պետք է կոտրվի խողովակի կենտրոնի մոտ, որտեղ լարվածությունը նվազում է մինչև զրոյի: Եթե ​​ենթադրենք, որ շփման լարվածությունը հաստատուն է ամբողջ տարածաշրջանում, որտեղ ուժի մեջ է համընդհանուր արագության պրոֆիլը, ապա մենք կարող ենք պատկերացում կազմել փոփոխության բնույթի մասին՝ պատին հեռավորության վրա.

Սա ցույց է տալիս, որ հարաբերակցությունը պետք է լինի նաև պատին հեռավորության ունիվերսալ ֆունկցիա՝ արտահայտված միավորներով: Բրինձ. 98-2-ը ստացվում է՝ տարբերակելով նկ. 98-1. Օգտագործելով այս մեթոդը, անհնար է ճշգրիտ տվյալներ ստանալ պատի մոտ,

հնարավոր է, քանի որ այս ոլորտում. Սակայն այս խնդիրն առանձնահատուկ նշանակություն չունի, քանի որ հիդրոդինամիկայի խնդիրները ներառում են միայն գումարը

Համընդհանուր արագության պրոֆիլը պատի մոտ տուրբուլենտ հոսքի տեսության մեջ ստացված սակավաթիվ եզրակացություններից է։ Այս պրոֆիլը լայնորեն կիրառվում է այն դեպքերում, երբ փորձարարական դիտարկումները հնարավոր չեն։ Այսպիսով, ունիվերսալ պրոֆիլը ծառայում է որպես տուրբուլենտ հոսքի կիսաէմպիրիկ տեսության հիմք, որը կիրառվում է տուրբուլենտ սահմանային շերտերի հիդրոդինամիկայի, տուրբուլենտ սահմանային շերտերում զանգվածի փոխանցման, ինչպես նաև ամբողջությամբ մուտքի շրջանի վրա։ զարգացած հոսքը խողովակում:

ՏՈՒՐԲՈՒԼԵՆՏ կոչվում է հոսք, որն ուղեկցվում է հեղուկի ինտենսիվ խառնմամբ՝ արագությունների և ճնշումների իմպուլսացիաներով։ Հեղուկի հիմնական երկայնական շարժման հետ մեկտեղ դիտվում են հեղուկի առանձին ծավալների լայնակի շարժումներ և պտտվող շարժումներ։

Հեղուկի բուռն հոսքդիտվում են որոշակի պայմաններում (բավականին մեծ թվերի համար Ռեյնոլդս) հեղուկի կամ գազի նկատմամբ շարժվող պինդ մարմինների մակերևույթների մոտ գտնվող խողովակներում, ալիքներում, սահմանային շերտերում, այդպիսի մարմինների, շիթերի հետևանքով, տարբեր արագությունների հոսքերի միջև խառնվող գոտիներում, ինչպես նաև տարբեր բնական պայմաններում:

Տ.տ.տարբերվում են շերտավորից ոչ միայն մասնիկների շարժման բնույթով, այլև հոսքի խաչմերուկում միջին արագության բաշխմամբ, միջինի կամ մաքսի կախվածությամբ։ արագություն, հոսք և գործակից: դիմադրություն Ռեյնոլդսի համարից Re,ջերմության և զանգվածի փոխանցման շատ ավելի մեծ ինտենսիվություն: Միջին արագության պրոֆիլ Տ.տ.խողովակներում և ալիքներում տարբերվում է պարաբոլիկից: լամինար հոսքերի պրոֆիլը առանցքի մոտ ավելի քիչ թեքությամբ և պատերի մոտ արագության ավելի արագ աճով:

Գլխի կորուստ տուրբուլենտ հեղուկի հոսքում

Հիդրավլիկ էներգիայի բոլոր կորուստները բաժանվում են երկու տեսակի. տեղի է ունենում ալիքի պատերի և հորձանուտի ձևավորում:

Ամենապարզ տեղական հիդրավլիկ դիմադրությունները կարելի է բաժանել ընդարձակումների, նեղացումների և ալիքների շրջադարձերի, որոնցից յուրաքանչյուրը կարող է լինել հանկարծակի կամ աստիճանական: Ավելին դժվար դեպքերտեղական դիմադրությունները թվարկված ամենապարզ դիմադրությունների միացություններ կամ համակցություններ են:

Խողովակների մեջ հեղուկի շարժման տուրբուլենտ ռեժիմում արագության բաշխման դիագրամը ունի Նկ. δ հաստությամբ բարակ մոտ պատի շերտում հեղուկը հոսում է շերտավոր ռեժիմով, իսկ մնացած շերտերը հոսում են տուրբուլենտ ռեժիմով և կոչվում են. տուրբուլենտ միջուկ. Այսպիսով, խիստ ասած, մաքուր տուրբուլենտ շարժում գոյություն չունի։ Այն ուղեկցվում է պատերի մոտ շերտավոր շարժումով, թեև δ շերտավոր շերտը շատ փոքր է տուրբուլենտ միջուկի համեմատ։

Հեղուկի շարժման տուրբուլենտ ռեժիմի մոդել

Կլոր խողովակներում անհանգիստ հեղուկի հոսքի ժամանակ գլխի կորստի հիմնական հաշվարկման բանաձևը վերևում արդեն տրված էմպիրիկ բանաձևն է, որը կոչվում է Weisbach-Darcy բանաձև և ունի հետևյալ ձևը.

Տարբերությունը կայանում է միայն հիդրավլիկ շփման λ գործակիցի արժեքներում: Այս գործակիցը կախված է Reynolds թվից Re և անչափ երկրաչափական գործոնից՝ հարաբերական կոշտությունից Δ/d (կամ Δ/r 0, որտեղ r 0-ը խողովակի շառավիղն է)։

Կրիտիկական Ռեյնոլդսի համարը

Ռեյնոլդսի թիվը, որի դեպքում տեղի է ունենում անցում հեղուկի շարժման մի ռեժիմից մյուս ռեժիմի, կոչվում է կրիտիկական: Ռեյնոլդսի համարով նկատվում է լամինար հոսքի ռեժիմ՝ Ռեյնոլդսի թվով - հեղուկ շարժման տուրբուլենտ ռեժիմ: Ավելի հաճախ թվի կրիտիկական արժեքը վերցվում է հավասար , այս արժեքը համապատասխանում է հեղուկի շարժման անցմանը տուրբուլենտից լամինարին։ Հեղուկի շարժման լամինար ռեժիմից տուրբուլենտի անցնելու ժամանակ կրիտիկական արժեքն ավելի մեծ նշանակություն ունի։ Ռեյնոլդսի թվի կրիտիկական արժեքը մեծանում է խողովակներում, որոնք նեղանում են, և նվազում է նրանցում, որոնք լայնանում են: Դա պայմանավորված է նրանով, որ քանի որ խաչմերուկը նեղանում է, մասնիկների արագությունը մեծանում է, ուստի կողային շարժման միտումը նվազում է:

Այսպիսով, Ռեյնոլդսի նմանության չափանիշը հնարավորություն է տալիս դատել խողովակում հեղուկի հոսքի ռեժիմը: Ռե< Re кр течение является ламинарным, а при Re >Re kr հոսքը տուրբուլենտ է։ Ավելի ճիշտ, խողովակներում լիովին զարգացած տուրբուլենտ հոսք է հաստատվում միայն Re-ում մոտավորապես 4000-ի, իսկ Re = 2300…4000-ում կա անցումային, կրիտիկական շրջան:

Ինչպես ցույց է տալիս փորձը, կլոր խողովակների համար Re cr-ը մոտավորապես հավասար է 2300-ի:

Հեղուկի շարժման ռեժիմը ուղղակիորեն ազդում է խողովակաշարերի հիդրավլիկ դիմադրության աստիճանի վրա:

Լամինար հոսքի համար

Անհանգիստ պայմանների համար

Անհանգիստ հոսքի կառուցվածքը.Հեղուկի տուրբուլենտ շարժման տարբերակիչ հատկանիշը հոսքի մեջ մասնիկների քաոսային շարժումն է։ Այդուհանդերձ, հաճախ կարելի է որոշակի օրինաչափություն նկատել այդպիսիների մեջ

շարժումը։ Օգտագործելով ջերմաչափ, սարք, որը թույլ է տալիս գրանցել արագության փոփոխությունը չափման կետում, կարող եք վերցնել արագության կորը: Եթե ​​ընտրենք բավարար տևողության ժամանակային միջակայք, ապա ստացվում է, որ արագության տատանումներ են նկատվում որոշակի մակարդակի շուրջ, և այդ մակարդակը մնում է անփոփոխ՝ տարբեր ժամանակային միջակայքեր ընտրելիս։ Արագության արժեքը տվյալ կետում այս պահինժամանակը կոչվում է ակնթարթային արագություն: Ժամանակի ընթացքում ակնթարթային արագության գրաֆիկը u(t)ցույց է տրված նկարում: Եթե ​​արագության կորի վրա ընտրենք որոշակի ժամանակային միջակայք և ինտեգրենք արագության կորը, ապա գտնենք միջին արժեքը, ապա այդ արժեքը կոչվում է միջին արագություն.

Ակնթարթային և միջին արագության տարբերությունը կոչվում է պուլսացիայի արագություն։ և».

Եթե ​​միջին արագությունների արժեքները տարբեր ժամանակային ընդմիջումներով մնան հաստատուն, ապա հեղուկի նման տուրբուլենտ շարժումը կայուն կլինի:

Անկայուն տուրբուլենտ շարժումով հեղուկներ, միջին արագությունների արժեքները փոխվում են ժամանակի ընթացքում

Հեղուկի պուլսացիան հոսքի մեջ հեղուկի խառնվելու պատճառն է։ Խառնման ինտենսիվությունը կախված է, ինչպես հայտնի է, Ռեյնոլդսի թվից, այսինքն. միևնույն ժամանակ պահպանելով հեղուկի արագության այլ պայմաններ: Այսպիսով, կոնկրետ թեմայում

հեղուկ (հեղուկի մածուցիկությունը և հատվածի չափերը որոշվում են առաջնային պայմաններով), դրա շարժման բնույթը կախված է արագությունից։ Անհանգիստ հոսքի համար սա կարևոր է: Այսպիսով, հեղուկի ծայրամասային շերտերում արագությունները միշտ կլինեն նվազագույն, և այդ շերտերում շարժման ռեժիմը բնականաբար կլինի. շերտավոր. Արագության բարձրացումը մինչև կրիտիկական արժեքի կհանգեցնի հեղուկի շարժման ռեժիմի փոփոխության՝ շերտավորից դեպի տուրբուլենտ: Նրանք. իրական հոսքի դեպքում երկու ռեժիմներն էլ առկա են՝ և՛ շերտավոր, և՛ տուրբուլենտ:

Այսպիսով, հեղուկի հոսքը բաղկացած է շերտավոր գոտուց (ալիքի պատի մոտ) և տուրբուլենտ հոսքի միջուկից (կենտրոնում) և, քանի որ արագությունը դեպի տուրբուլենտի կենտրոնը.

Եթե ​​հոսանքն ինտենսիվ աճում է, ապա ծայրամասային շերտավոր շերտի հաստությունը ամենից հաճախ աննշան է, և, բնականաբար, շերտն ինքնին կոչվում է շերտավոր թաղանթ, որի հաստությունը կախված է հեղուկի արագությունից։

Հիդրավլիկ հարթ և կոպիտ խողովակներ:Խողովակների պատերի վիճակը մեծապես ազդում է հեղուկի վարքագծի վրա տուրբուլենտ հոսքի մեջ: Այսպիսով, շերտավոր շարժման մեջ հեղուկը շարժվում է դանդաղ և սահուն՝ հանգիստ հոսելով իր ճանապարհին աննշան խոչընդոտների շուրջ: Ստացված տեղական դիմադրություններն այնքան աննշան են, որ դրանց մեծությունը կարելի է անտեսել: Անհանգիստ հոսքի ժամանակ նման փոքր խոչընդոտները ծառայում են որպես հեղուկի հորձանուտ շարժման աղբյուր, ինչը հանգեցնում է այս փոքր տեղական հիդրավլիկ դիմադրության ավելացմանը, որը մենք անտեսել ենք շերտավոր հոսքում: Խողովակի պատի նման փոքր խոչընդոտները նրա անկանոնություններն են: Նման անկանոնությունների բացարձակ արժեքը կախված է խողովակի մշակման որակից: Հիդրավլիկիայում այս անկանոնությունները կոչվում են կոշտության կանխատեսումներ, դրանք նշվում են տառով:

Կախված շերտավոր թաղանթի հաստության հարաբերակցությունից և կոշտության ելուստների չափերից՝ կփոխվի հոսքի մեջ հեղուկի շարժման բնույթը։ Այն դեպքում, երբ շերտավոր թաղանթի հաստությունը կոշտության ելուստների արժեքի համեմատ մեծ է ( , կոշտության ելուստները ընկղմվում են շերտավոր թաղանթի մեջ և անհասանելի են հոսքի տուրբուլենտ միջուկին (դրանց առկայությունը չի ազդում հոսքի վրա. Նման խողովակները կոչվում են հիդրավլիկ հարթ (սխեմա 1-ում պատկերված է): Երբ կոշտության ելուստների չափը գերազանցում է շերտավոր թաղանթի հաստությունը, ապա թաղանթը կորցնում է իր շարունակականությունը, և կոշտության ելուստները դառնում են բազմաթիվ պտույտների աղբյուր: Այսպիսի խողովակները կոչվում են հիդրավլիկորեն կոպիտ (կամ պարզապես կոպիտ) (նկար 3-ի սխեման): Բնականաբար, կա նաև միջանկյալ տեսակի խողովակի պատի կոպտություն, երբ կոշտության ելուստները դառնում են համաչափ հաստությանը: լամինար ֆիլմի (սխեմա 2 նկարում):

մինար ֆիլմը կարելի է գնահատել էմպիրիկ հավասարման հիման վրա

Կտրող լարումներ տուրբուլենտ հոսքում:Անհանգիստ հոսքի դեպքում կտրվածքային լարումների մեծությունը պետք է լինի ավելի մեծ, քան շերտային, քանի որ. խողովակի երկայնքով մածուցիկ հեղուկի շարժման ժամանակ որոշվող կտրվածքային լարումներին, պետք է ավելացվեն հեղուկի խառնման հետևանքով առաջացած լրացուցիչ կտրող լարումներ:

Դիտարկենք այս գործընթացը ավելի մանրամասն: Խառնաշփոթ հոսքի մեջ՝ խողովակի առանցքի երկայնքով հեղուկ մասնիկի արագությամբ շարժման հետ մեկտեղ. ևհեղուկի նույն մասնիկը միաժամանակ ուղղահայաց ուղղությամբ տեղափոխվում է հեղուկի մի շերտից մյուսը՝ պուլսացիայի արագությանը հավասար արագությամբ։ և.Ընտրեք տարրական տարածք դս,խողովակի առանցքին զուգահեռ: Հեղուկը այս տարածքով կտեղափոխվի մի շերտից մյուսը պուլսացիոն արագությամբ, մինչդեռ հեղուկի հոսքի արագությունը կլինի.

Հեղուկ զանգված dM r,ժամանակին տեղափոխվել է կայքի միջոցով dtկլինի:

Պուլսացիայի արագության հորիզոնական բաղադրիչի շնորհիվ նրանցայս զանգվածը հեղուկի նոր շերտում իմպուլսի ավելացում կստանա դՄ,

Եթե ​​հեղուկի հոսքը իրականացվել է ավելի մեծ արագությամբ շարժվող շերտով, ապա, հետևաբար, իմպուլսի աճը կհամապատասխանի ուժի իմպուլսին. dT,ուղղված է հեղուկի շարժմանը հակառակ ուղղությամբ, այսինքն. արագություն դրանք:

^

Միջին արագությունների համար.

Հարկ է նշել, որ հեղուկ մասնիկները մի շերտից մյուսը տեղափոխելիս նրանք ակնթարթորեն չեն ստանում նոր շերտի արագություն, այլ միայն որոշ ժամանակ անց; Այս ընթացքում մասնիկները ժամանակ կունենան խորանալ նոր շերտի մեջ որոշակի հեռավորության վրա /, որը կոչվում է խառնման ճանապարհի երկարություն:

Այժմ դիտարկենք մի կետում տեղակայված հեղուկ մասնիկ ԲԱՅՑԹող այս մասնիկը տեղափոխվի հարևան հեղուկ շերտ և խորանա դրա մեջ խառնման ճանապարհի երկարությամբ, այսինքն. կետում էր AT.Այնուհետև այդ կետերի միջև հեռավորությունը հավասար կլինի /-ի: Եթե ​​հեղուկի արագությունը մի կետում ԲԱՅՑհավասար կլինի և,ապա կետի արագությունը

ATհավասար կլինի.

Եկեք ենթադրենք, որ արագության տատանումները համաչափ են հեղուկի ծավալի արագության աճին: Ապա.

Ստացված կախվածությունը կոչվում է Պրանդտի բանաձև և օրենք է տուրբուլենտ շփման տեսության մեջ, ինչպես մածուցիկ շփման օրենքը շերտային հեղուկի շարժման համար։ , վերագրեք վերջին կախվածությունը ձևով.

Այստեղ գործակիցը, որը կոչվում է տուրբուլենտ փոխանակման գործակից

խաղում է մածուցիկության դինամիկ գործակցի դեր, որն ընդգծում է Նյուտոնի և Պրանդտլի տեսության հիմքերի ընդհանրությունը։ Տեսականորեն, ընդհանուր կտրվածքային լարվածությունը պետք է հավասար լինի.

* "

բայց հավասարության աջ կողմում գտնվող առաջին անդամը փոքր է երկրորդի համեմատ, և դրա արժեքը կարող է անտեսվել

Արագության բաշխում տուրբուլենտ հոսքի խաչմերուկում:Հեղուկի տուրբուլենտ հոսքի միջին արագությունների արժեքների դիտարկումները ցույց են տվել, որ տուրբուլենտ հոսքի միջին արագությունների սյուժեն հիմնականում հարթվում է, իսկ գործնականում արագությունները կենդանիների տարբեր կետերում խաչմերուկները հավասար են միջին արագությանը: Համեմատելով տուրբուլենտ հոսքի (գծապատկեր 1) և շերտավոր հոսքի արագության դիագրամները՝ կարող ենք եզրակացնել, որ ազատ հատվածում արագությունների բաշխումը գրեթե միատեսակ է։ Պրանդտլի աշխատությամբ հաստատվել է, որ հոսքի հատման երկայնքով կտրվածքային լարումների փոփոխության օրենքը մոտ է լոգարիթմական օրենքին։ Որոշ ենթադրությունների համաձայն՝ հոսք անսահման հարթության երկայնքով և մակերեսի բոլոր կետերում կտրվածքային լարումների հավասարություն

Ինտեգրումից հետո.

Վերջին արտահայտությունը փոխակերպվում է հետևյալ ձևի.

Զարգացնելով Պրանդտլի տեսությունը՝ Նիկուրաձեն և Ռայխարդն առաջարկեցին նմանատիպ կախվածություն կլոր խողովակների համար։

Շփման գլխի կորուստ տուրբուլենտ հեղուկի հոսքում:Հիդրավլիկ հարթ խողովակներում շփման պատճառով ճնշման կորստի գործակիցը որոշելու հարցը ուսումնասիրելիս կարելի է եզրակացնել, որ այս գործակիցն ամբողջությամբ կախված է Ռեյնոլդսի թվից։ Էմպիրիկ բանաձևերը հայտնի են շփման գործակիցը որոշելու համար, Բլասիուսի բանաձևը ամենատարածվածն է.

Բազմաթիվ փորձերի համաձայն, Բլասիուսի բանաձևը հաստատվում է Ռեյնոլդսի թվերի միջակայքում մինչև 1-10 5: Դարսիի գործակիցը որոշելու մեկ այլ ընդհանուր էմպիրիկ բանաձև է P.K. Կոնակովա.

Formula P.K. Կոնակովան ունի կիրառությունների ավելի լայն շրջանակ մինչև Ռեյնոլդսի մի քանի միլիոն թվերը: Գրեթե նույն արժեքները ճշգրտության և ծավալի առումով ունեն G.K բանաձևը: Ֆիլոնենկո.

Հեղուկի շարժման ուսումնասիրությունը կոպիտ խողովակների միջով այն տարածքում, որտեղ գլխի կորուստը որոշվում է միայն խողովակների պատերի կոշտությամբ և կախված չէ արագությունից:

հեղուկ շարժում, այսինքն. Ռեյնոլդների թվից իրականացրել են Պրանդտլը և Նիկուրաձեն։ Արհեստական ​​կոպտություն ունեցող մոդելների վրա նրանց փորձերի արդյունքում Դարսիի գործակիցի համար կախվածություն է հաստատվել հեղուկի հոսքի այս, այսպես կոչված, քառակուսային շրջանի համար։

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

Դասակարգում

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

• լամինար (ռետ);
• բուռն.

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

Նախապատմություն

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

Անգլիացի գիտնականի գործնական հաշվարկները ցույց են տվել, որ, օրինակ, ջրի վարքագիծը մեծապես կախված է ջրամբարի (խողովակ, ալիք, մազանոթ և այլն) ձևից և չափից, որով այն հոսում է։ Խողովակների մեջ կլոր հատված(դրանք օգտագործվում են ճնշման խողովակաշարերի տեղադրման համար), դրանց Ռեյնոլդսի համարը - բանաձևը նկարագրված է հետևյալ կերպ. Re = 2300: Բաց ալիքով հոսքի համար այն տարբերվում է. հոսքը կպատվիրվի, մեծ հաշվով՝ քաոսային։

շերտավոր հոսք

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

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

տուրբուլենտ հոսք

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

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

տուրբուլենտության ցիկլեր

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

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

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

Ռեյնոլդսի համարը՝ բանաձև

Լամինարից տուրբուլենտի անցումը բնութագրվում է այսպես կոչված կրիտիկական Ռեյնոլդսի թվով.

Re cr = (ρuL/µ) cr,

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

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

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

Արագության խանգարման հայեցակարգը

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

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

Re = ρuL/µ = ρu 2 /(µ×(u/L)):

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

Հաշվարկներ և փաստեր

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

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

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

Խողովակաշարում լամինար հոսքի ռեժիմի կայունությունը

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

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

Սեղմվող և չսեղմվող հեղուկների հոսքը

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

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

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

Եզրակացություն

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