Laminar və turbulent maye hərəkəti. Mühazirə kursu Turbulent mayenin hərəkəti

(latınca turbulentus - fırtınalı, nizamsız), elementlərinin mürəkkəb trayektoriyalar boyunca qeyri-sabit hərəkətlər etdiyi, maye və ya qaz təbəqələri arasında intensiv qarışmağa səbəb olan maye və ya qaz axınının forması (bax TURBULENCE). Ən ətraflı tədqiqatlar maye və ya qaz ətrafında axan bərk cisimlərin yaxınlığında borularda, kanallarda və sərhəd təbəqələrində bərk cisimlər üzərində aparılmışdır. tel, eləcə də sözdə sərbəst T. t. - jetlər, maye və ya qaza nisbətən hərəkət edən bərk maddələrin izləri. c.-l ilə ayrılmayan müxtəlif sürətlə axınlar arasında cisimlər və qarışdırma zonaları. TV divarlar. T. t. sadalanan halların hər birində mürəkkəb daxili olaraq müvafiq laminar axınından fərqlənir. strukturu (şək. 1) və paylanması
düyü. 1. Turbulent axın.

axın en kəsiyi üzərində orta sürət (şəkil 2) və inteqral xüsusiyyətləri - ortanın kəsikdən asılılığı və ya maks. sürət, axın sürəti, həmçinin əmsal. Reynolds sayı Re-dən müqavimət, borularda və ya kanallarda istilik enerjisinin orta sürətinin profili parabolikdən fərqlənir. divarlarda və daha aşağılarda sürətin daha sürətli artması ilə müvafiq laminar axının profili
düyü. 2. Orta sürət profili: a - laminar axın üçün; b - turbulent axınında.

mərkəzə doğru əyrilik. axının hissələri. Divarın yaxınlığında nazik bir təbəqə istisna olmaqla, sürət profili logarifmik olaraq təsvir edilir. qanunu (yəni sürət divara qədər olan məsafənin loqarifmindən xətti asılıdır) əmsal. müqavimət l=8tw/rv2cp (burada tw divardakı sürtünmə gərginliyi, r maye sıxlığı, vav en kəsiyi orta axın sürətidir) Re ilə əlaqə ilə bağlıdır:

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

harada c. və B ədədi sabitlərdir. Laminar sərhəd qatlarından fərqli olaraq, turbulent sərhəd təbəqəsi adətən zamanla təsadüfi tərəddüd edən fərqli sərhədə malikdir (0,4 b - 1,2 d daxilində, burada d - divardan məsafədir, bu zaman orta sürət 0,99 v, a v - sürətdən kənarda sürətdir. sərhəd qatı). Turbulent sərhəd qatının divara yaxın hissəsində orta sürət profili loqarifmik şəkildə təsvir edilmişdir. qanunda və xaricində hissədə, sürət divardan uzaqlaşdıqca loqarifmikdən daha sürətli artır. qanun. Burada l-in Re-dən asılılığı yuxarıda göstərilənə bənzər bir forma malikdir.

Jetlər, oyanmalar və qarışdırma zonaları təqribən var. öz-özünə oxşarlıq: hər bölmədə c = bu T-lərdən hər hansı birinin const. t. çox kiçik olmayan məsafələrdə x başlanğıcdan. Bölmələrdə L(x) və v(x) uzunluq və sürət şkalalarını təqdim etmək olar ki, ölçüsüz statistik hidrodinamik xüsusiyyətlər bu şkalaların tətbiqi ilə əldə edilən sahələr (xüsusən də orta sürət profilləri) bütün bölmələrdə eyni olacaqdır.

Sərbəst bulanıqlıq vəziyyətində, hər an burulğan bulanıqlığının tutduğu istehsal sahəsi aydın, lakin çox düzensiz forma axının potensial olduğu sərhədlər. Fasiləli turbulentlik zonası burada sərhəd qatlarına nisbətən daha geniş olur.
Fiziki ensiklopedik lüğət. - M.: Sovet Ensiklopediyası..1983 .

TURBULENT AKIŞ
Çoxlu axınların olması səbəbindən kəsikli maye və ya qazın axma forması. burulğanların parçalanması ölçüləri, maye hissəcikləri xaotik davranışlar həyata keçirir. mürəkkəb traektoriyalar üzrə qeyri-sabit hərəkətlər (bax. Turbulentlik), hamar kvaziparalel hissəcik trayektoriyaları ilə laminar axınlardan fərqli olaraq. T. t. müəyyən müşahidə olunur. şərtlər (kifayət qədər böyük Reynolds nömrələri) mayeyə və ya qaza nisbətən hərəkət edən bərk cisimlərin səthlərinə yaxın borularda, kanallarda, sərhəd qatlarında, belə cisimlərin ardınca, müxtəlif sürətlə axınlar arasında qarışıq zonalarda, eləcə də müxtəlif təbii şəraitdə.

T. T. laminardan təkcə zərrəciklərin hərəkətinin xarakterinə görə deyil, həm də axının en kəsiyi üzrə orta sürətin paylanmasına, orta və ya maks asılılığına görə fərqlənir. sürət, axın və əmsal Reynolds sayından müqavimət Re, istilik və kütlə ötürülməsinin daha böyük intensivliyi.

Borularda və kanallarda istilik enerjisinin orta sürətinin profili parabolikdən fərqlənir. oxda daha az əyrilik və divarlarda sürətin daha sürətli artması ilə laminar axınların profili, burada nazik özlü alt qat istisna olmaqla (tərtibin qalınlığı , burada v- özlülük, - "sürtünmə sürəti", t-turbulent sürtünmə gərginliyi, r-sıxlıq) sürət profili universal ilə təsvir olunur. Re loqarifmik qanunla:

Harada y 0 hamar divar üçün bərabərdir və kobud divar üçün tüberküllərin hündürlüyünə mütənasibdir.

Turbulent sərhəd qatı, laminar sərhəd qatından fərqli olaraq, adətən, sərhəd qatından kənarda sürətin 99%-ə çatan, d divardan məsafə olduğu hüdudlar daxilində qeyri-müntəzəm olaraq vaxtla dəyişən fərqli sərhədə malikdir; bu bölgədə sürət loqarifmikdən daha sürətli divardan uzaqlaşdıqca artır. qanun.

Jetlər, oyanmalar və qarışdırma zonaları təqribən var. özünə bənzəmək: məsafə ilə x başdan bölmə uzunluğu şkalası L kimi böyüyür x t, və sürət şkalası U kimi azalır x-n, həcmli reaktiv üçün harada t = n = 1, mənzil üçün T=1, n=1/2, həcmli iz üçün T= 1/3, n= 2/3, düz bir iz üçün t=n=1/2, qarışdırma zonası üçün m= 1, n = 0. Buradakı turbulent bölgənin sərhədi də fərqlidir, lakin formaca qeyri-müntəzəmdir və sərhəd təbəqələrindən daha geniş dalğalanır, düz bir dalğada - (0,4-3,2) daxilində. L.

Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Davamlı Media Mexanikası, 2-ci nəşr, M., 1954; Loytsyansky L.G., Maye və qaz mexanikası, 6-cı nəşr, M., 1987; Townsend A. A., Transvers kəsmə ilə turbulent axının strukturu, trans. İngilis dilindən, M., 1959; Abramoviç G.N., Turbulent reaktivlərin nəzəriyyəsi, M., 1960; Monin A. S., Yaqlom A. M., Statistik hidromexanika, 2-ci nəşr, hissə . 1, Sankt-Peterburq, 1992. A. S. Monin.

Fiziki ensiklopediya. 5 cilddə. - M.: Sovet Ensiklopediyası.Baş redaktor A. M. Proxorov.1988 .

Hidrodinamika xarici şəraitdən asılı olaraq mayenin hərəkət qanunlarını öyrənən fizikanın ən mühüm sahəsidir. Hidrodinamikada nəzərə alınan mühüm məsələ laminar və turbulent maye axınının təyin edilməsi məsələsidir.

maye nədir?

Laminar və turbulent maye axını məsələsini daha yaxşı başa düşmək üçün əvvəlcə bu maddənin nə olduğunu düşünmək lazımdır.

Fizikada maye, verilmiş şəraitdə öz həcmini saxlaya bilən, lakin minimal tangensial qüvvələrə məruz qaldıqda şəklini dəyişən və axmağa başlayan maddənin 3 məcmu vəziyyətindən biridir. Fərqli möhkəm, mayedə ilkin formasını qaytarmağa meylli olan xarici təsirlərə qarşı müqavimət qüvvələri yaranmır. Maye qazlardan onunla fərqlənir ki, sabit xarici təzyiq və temperaturda öz həcmini saxlaya bilir.

Mayelərin xassələrini təsvir edən parametrlər

Laminar və turbulent axın məsələsi bir tərəfdən mayenin hərəkətinin nəzərə alındığı sistemin xüsusiyyətləri ilə, digər tərəfdən isə maye maddənin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Mayelərin əsas xüsusiyyətləri bunlardır:

Sıxlıq. Hər hansı bir maye homojendir, buna görə də onu xarakterizə etmək üçün onun vahid həcminə düşən maye maddənin kütləsinin miqdarını əks etdirən bu fiziki kəmiyyət istifadə olunur.
Özlülük. Bu dəyər mayenin axması zamanı müxtəlif təbəqələr arasında baş verən sürtünməni xarakterizə edir. Mayelərdə molekulların potensial enerjisi təqribən onların kinetik enerjisinə bərabər olduğundan, istənilən real maye maddələrində müəyyən özlülüyün mövcudluğunu müəyyən edir. Mayelərin bu xüsusiyyəti onların axını zamanı enerji itkisinə səbəb olur.
Sıxılma qabiliyyəti. Xarici təzyiqin artması ilə hər hansı bir maye maddə öz həcmini azaldır, lakin mayelər üçün bu təzyiq tutduqları həcmi bir qədər azaltmaq üçün kifayət qədər yüksək olmalıdır, buna görə də əksər praktik hallarda bu aqreqasiya vəziyyəti sıxışdırılmayan olduğu güman edilir.
Səthi gərginlik. Bu dəyər maye səthinin vahidini yaratmaq üçün sərf edilməli olan iş ilə müəyyən edilir. Səthi gərginliyin mövcudluğu mayelərdə molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələrinin olması ilə əlaqədardır və onların kapilyar xassələrini müəyyən edir.

Laminar axın

Turbulent və laminar axın məsələsini öyrənərkən ilk növbədə sonuncunu nəzərdən keçirək. Bu borunun uclarında boruda olan maye üçün təzyiq fərqi yaranarsa, o, axmağa başlayacaq. Əgər maddənin axını sakitdirsə və onun təbəqələrinin hər biri digər təbəqələrin hərəkət xətləri ilə kəsişməyən hamar trayektoriya üzrə hərəkət edirsə, onda laminar axın rejimindən danışırıq. Bu müddət ərzində hər bir maye molekulu müəyyən bir traektoriya boyunca boru boyunca hərəkət edir.

Laminar axının xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:

Maye maddənin ayrı-ayrı təbəqələri arasında qarışma yoxdur.
Boru oxuna daha yaxın olan təbəqələr onun periferiyasında yerləşənlərdən daha yüksək sürətlə hərəkət edir. Bu fakt maye molekulları ilə borunun daxili səthi arasında sürtünmə qüvvələrinin olması ilə bağlıdır.

Laminar axının bir nümunəsi duşdan axan paralel su axınlarıdır. Laminar axına bir neçə damcı boya əlavə etsəniz, onların mayenin həcminə qarışmadan hamar axını davam etdirən bir axına necə çəkildiyini görə bilərsiniz.

Turbulent axın

Bu rejim laminardan əsaslı şəkildə fərqlənir. Turbulent axın, hər bir molekulun yalnız zamanın ilk anında proqnozlaşdırıla bilən ixtiyari bir trayektoriya boyunca hərəkət etdiyi xaotik bir axındır. Bu rejim maye axınında kiçik həcmli burulğanlar və dairəvi hərəkətlərlə xarakterizə olunur. Buna baxmayaraq, ayrı-ayrı molekulların trayektoriyalarının xaotik təbiətinə baxmayaraq, ümumi axın müəyyən bir istiqamətdə hərəkət edir və bu sürət müəyyən bir orta qiymətlə xarakterizə edilə bilər.

Turbulent axına misal olaraq dağ çayında suyun axmasını göstərmək olar. Boyanı belə bir axına atsanız, ilk anda bir reaktivin görünəcəyini görə bilərsiniz, bu, təhriflər və kiçik turbulentliklər yaşamağa başlayacaq və sonra mayenin bütün həcminə qarışaraq yox olacaq.

Maye axını rejimi nədən asılıdır?

Laminar və ya turbulent axın rejimləri iki kəmiyyət arasındakı əlaqədən asılıdır: mayenin təbəqələri arasında sürtünməni təyin edən maye maddənin özlülüyü və axın sürətini təsvir edən ətalət qüvvələri. Maddə nə qədər özlüdürsə və onun axınının sürəti nə qədər aşağı olarsa, laminar axma ehtimalı bir o qədər yüksəkdir. Əksinə, əgər mayenin özlülüyü aşağı olarsa və onun hərəkət sürəti yüksək olarsa, o zaman axın turbulent olacaqdır.

Aşağıda nəzərdən keçirilən maddə axını rejimlərinin xüsusiyyətlərini aydın şəkildə izah edən bir video var.

Axın rejimini necə təyin etmək olar?

Təcrübə üçün bu sual çox vacibdir, çünki ona cavab maye mühitdə cisimlərin hərəkətinin xüsusiyyətləri və enerji itkilərinin miqdarı ilə bağlıdır.

Laminar və turbulent maye axını rejimləri arasında keçid Reynolds adlanan rəqəmlərdən istifadə etməklə qiymətləndirilə bilər. Onlar ölçüsüz bir kəmiyyətdir və 19-cu əsrin sonunda maye maddənin hərəkət rejimini praktiki olaraq təyin etmək üçün onlardan istifadə etməyi təklif edən irland mühəndis və fizik Osborne Reynoldsun adının şərəfinə adlandırılmışdır.

Reynolds sayını (boruda mayenin laminar və turbulent axını) aşağıdakı düsturla hesablamaq olar: Re = ρ*D*v/μ, burada ρ və μ müvafiq olaraq maddənin sıxlığı və özlülüyüdür, v onun axınının orta sürəti, D boruların diametridir. Düsturda pay inertial qüvvələri və ya axını əks etdirir, məxrəc isə sürtünmə qüvvələrini və ya özlülüyü müəyyən edir. Buradan belə nəticəyə gəlmək olar ki, əgər nəzərdən keçirilən sistem üçün Reynolds ədədi böyükdürsə, bu, mayenin turbulent rejimdə axması deməkdir və əksinə, kiçik Reynolds ədədləri laminar axının mövcudluğunu göstərir.

Reynolds ədədlərinin xüsusi dəyərləri və onların istifadəsi

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, Reynolds ədədi laminar və turbulent axını təyin etmək üçün istifadə edilə bilər. Problem ondadır ki, bu sistemin xüsusiyyətlərindən asılıdır, məsələn, borunun daxili səthində pozuntular varsa, onda suyun turbulent axını hamardan daha aşağı axın sürətində başlayacaq.

Bir çox təcrübələrin statistik məlumatları göstərdi ki, maye maddənin sistemindən və təbiətindən asılı olmayaraq, Reynolds sayı 2000-dən az olarsa, laminar hərəkət baş verir, lakin 4000-dən çox olarsa, axın turbulent olur. Aralıq nömrələr (2000-dən 4000-ə qədər) keçid rejiminin mövcudluğunu göstərir.

Göstərilən Reynolds nömrələri müxtəlif texniki obyektlərin və cihazların maye mühitdə hərəkətini təyin etmək, borular vasitəsilə suyun axını öyrənmək üçün istifadə olunur. müxtəlif formalar, həm də bəzilərinin öyrənilməsində mühüm rol oynayır bioloji proseslər məsələn, insan qan damarlarında mikroorqanizmlərin hərəkəti.

Müşahidələr göstərir ki, mayedə iki hərəkət forması mümkündür: laminar hərəkət və turbulent hərəkət. Aşağıdakı təcrübəni həyata keçirək. Bir şüşə boru vasitəsilə suyu təmin edəcəyik. Borunun başlanğıcında biz boya ilə təmin etdiyimiz nazik bir boru quraşdırırıq. Şüşə borudakı suyun sürəti aşağı olduqda, nazik borudan axan boya axını sap şəklini alır. Bu, mayenin ayrı-ayrı hissəciklərinin düz xətt üzrə hərəkət etdiyini göstərir. Dəyirmi borudakı maye bir-biri ilə qarışmayan konsentrik dairəvi təbəqələrdə hərəkət edir. Bu hərəkət deyilir laminar (laylı) (bax. Şəkil 2.40).

düyü. 2.40. Laminar və turbulent rejimlərdə rəngli mayenin hərəkəti

Şüşə boruda hərəkət sürəti artdıqca, boya axını bulanacaq, sabitliyini itirəcək və yüksək sürətlə boya bütün təbəqələrin intensiv qarışdığını göstərən bütün maye kütləsini bərabər şəkildə rəngləndirəcəkdir. Mayenin ayrı-ayrı hissəcikləri və onun kiçik həcmləri xaotik və nizamsız hərəkət vəziyyətindədir. Ümumi tərcümə hərəkətləri ilə yanaşı, hissəciklərin eninə hərəkəti də var. Bu hərəkət deyilir turbulent (bax. Şəkil 2.40).

Aşağıdakı cədvəldən göründüyü kimi, bu iki sürücülük rejimi bir-birindən kəskin şəkildə fərqlənir.

Cədvəl 2.1

Xarakterik	Laminar rejim	Turbulent rejim
Hərəkat	Yalnız uzununa	Uzununa və eninə
Enerji itkisi
İstilikötürmə	İstilik keçiriciliyinə görə istilik ötürülməsi	Keçirmə və konveksiya hesabına istilik ötürülməsi
Sürət diaqramı	Parabolik funksiya	Loqarifmik funksiya
əmsalı α

Dairəvi borularda damcı mayenin laminar axınından turbulent axına keçid şərtləri ilk dəfə O.Reynolds tərəfindən tədqiq edilmişdir. O, rejimin üç parametrdən asılı olduğunu tapdı: orta sürət, diametr d və kinematik özlülük ν. Reynolds laminar və turbulent axın rejimləri arasında sərhəd olan bu parametrlərin nisbətinin müəyyən kritik dəyərinin olduğu qənaətinə gəldi və onu tapdı:

Daha dəqiq tədqiqatlar göstərdi ki, Raynald ədədlərinin 2000-dən 4000-ə qədər olan diapazonunda turbulent və laminar rejimlərin dövri dəyişməsi baş verir. Buna görə də dəqiq deyə bilərik ki, hərəkət rejimi laminar olduqda və turbulent rejim qurulanda. 2000-dən 4000-ə qədər olan Reynolds nömrələri diapazonunda rejim qeyri-sabitdir, yəni. həm laminar, həm də turbulent ola bilər.

Müqavimət, istilik ötürülməsi, istilik ötürülməsi, bərk hissəciklərin daşınması ilə əlaqəli hadisələri öyrənərkən Raynald sayı hesablanmış asılılıqların qurulması üçün başlanğıc nöqtəsidir.

Texnologiyada maye hərəkətlərinin böyük əksəriyyəti laminar deyil, turbulentdir. Turbulent axınlar laminar axınlardan qat-qat mürəkkəbdir və onları öyrənmək üçün başqa üsullara ehtiyac var. Turbulent axında ayrı-ayrı maye hissəciklərinin hərəkətinin təsadüfi xarakteri statistik mexanika üsullarından istifadəni tələb edir.

Kinematik nöqteyi-nəzərdən turbulent hərəkətin xaotik təbiəti o deməkdir ki, kosmosun ayrı-ayrı nöqtələrində hərəkət sürəti həm böyüklükdə (bax. 2.41-ci şəkil), həm də istiqamət üzrə davamlı olaraq dəyişir. Turbulent axının müəyyən bir nöqtəsində müəyyən bir zaman nöqtəsində ölçülən sürət deyilir ani və işarə edir u, Eksperimental tədqiqatlar göstərir ki, ani sürətdəki dəyişikliklər təsadüfi olur.

düyü. 2.41. Ani sürət dəyişikliyi qrafiki

Turbulent axını təsvir etmək üçün anlayışlar təqdim olunur orta sürəti , bu, müəyyən bir nöqtədə müəyyən bir müddət ərzində orta sürətdir

Harada t- kifayət qədər uzun müddət.

Sabit bir axın sürəti olan bir boruda vahid maye axını ilə, müəyyən bir nöqtədə ölçülən ani sürət üç komponentə parçalana bilər.

Sürət komponentlərinin hər biri zamanla dəyişir, lakin müəyyən bir müddət ərzində sabit hərəkət üçün eninə komponentlərin zamanla müəyyən edilmiş dəyərləri sıfıra bərabərdir. Əgər ox X borunun oxu ilə üst-üstə düşür, onda .

Boru boyunca bir neçə nöqtənin orta sürətlərini oxşar şəkildə təyin etsək, əldə edirik orta sürətlərin diaqramı borunun en kəsiyi boyunca. Xüsusi sürətlərin orta hesablanması orta axın sürətini verir.

Beləliklə, biz ani sürətləri zamanla orta hesabla aldıqdan sonra orta sürəti əldə edirik və kəsiyi üzərindəki orta sürətləri ortaladıqdan sonra orta sürəti əldə edirik.

Orta sürət bir damlama sürəti kimi qəbul edilə bilər. Sabit maye axını sürəti ilə, müəyyən bir canlı hissədə orta uzununa sürətlərin diaqramı zamanla dəyişmir ki, bu da sabit axının əlamətidir.

Orta sürət anlayışından istifadə edərək, təsadüfi hərəkət edən maye kütlələri olan turbulent axın, sürətləri böyüklük və istiqamətdə orta sürətlərə bərabər olan elementar axınlar toplusunu təmsil edən xəyali axın modeli ilə əvəz olunur. Bu o deməkdir ki, turbulent axına bir ölçülü hidravlik təsvir tətbiq oluna bilər.

Ani sürətin orta qiymətindən sapması deyilir pulsasiya sürəti və ya pulsasiya . Maye topaklarının faktiki təsadüfi hərəkətlərini uydurma reaktiv hərəkətlə əvəz etmək xəyali jetlər arasında bəzi uydurma qarşılıqlı təsir qüvvələrinin tətbiqini tələb edir.

Bunun sayəsində Prandtl yeni bir növ səth qüvvələri və müvafiq tangensial gərginliklər təqdim etdi

adlanır turbulent tangensial gərginliklər . Bu gərginliklər pulsasiya və ya mayenin bitişik təbəqələri arasında impuls mübadiləsi nəticəsində yaranır. Daha yüksək sürətlə hərəkət edən təbəqə geridə qalanı yuxarı çəkir və əksinə, yavaş-yavaş hərəkət edən təbəqə aparıcını yavaşlatır. Mənfi işarə müqavimət qüvvəsinin uzununa pulsasiyaya əks istiqamətə malik olduğunu vurğulayır. İndekslər x Və y təbəqənin hərəkət istiqamətini və eninə pulsasiyaları göstərir.

Ortalanmış tangensial gərginliklər deyilir turbulent

Turbulent axın

həcmlərinin xaotik, nizamsız hərəkəti və onların intensiv qarışması ilə xarakterizə olunan maye və ya qaz axını ( santimetr. Turbulentlik), lakin ümumiyyətlə hamar, müntəzəm xarakter daşıyır. İstilik mayesinin əmələ gəlməsi böyük Reynolds ədədlərində laminar axının qeyri-sabitliyi ilə əlaqələndirilir ( santimetr. Laminar axının turbulentə keçidi). Maye axını öyrənilərkən divar axınları (turbulent sərhəd təbəqəsi, borularda və kanallarda axınlar) və sərbəst axınlar (turbulent jetlər, aerodinamik oyanmalar, qarışdırıcı təbəqələr) arasında fərq qoyulur.
T.-də geniş yayılmışdır təbiət hadisələri və texniki qurğular və laminar axınlarla müqayisədə ötürmə əmsalının böyük dəyərləri ilə xarakterizə olunur ( santimetr. Daha çox sürtünmə qüvvələrinə səbəb olan mühitin ötürmə xüsusiyyətləri ( santimetr. Turbulent sürtünmə), istilik və kütlə axınları. Bir çox texniki tətbiqlərdə bu zərərlidir və bizi onları azaltmağın yollarını axtarmağa məcbur edir ( santimetr. məsələn, sərhəd qatının laminarlaşdırılması); bəzi hallarda, əksinə - bədənin aerodinamik sürükləməsinin azalmasına səbəb olan hava axınının həyata keçirilməsidir ( santimetr. Müqavimət böhranı). Digər tərəfdən, bir çox texniki qurğular (təyyarə mühərrikləri, ejektorlar və s.) yüksək intensivlikli qarışdırma proseslərindən və artan yayılma sürətindən istifadə edir. kimyəvi reaksiyalar(məsələn, yanma) istilik texnologiyasında.Termik texnologiya qanunları çox vaxt texniki cihazların təkmilləşdirilməsi həddini müəyyən edir.
O.Reynoldsdan sonra termodinamikada qaz-dinamik dəyişənlərin ani qiymətləri 2 şərtə bölünür - orta qiymətə və onun pulsasiyasına (məsələn, sürət vektorunun ui komponenti formada təmsil olunur)
ui = +u(′)i və təzyiq
p = +p",
işarəsi haradadır<...>zamanla orta hesablanan dəyəri ifadə edir, çubuq onun pulsasiyasını göstərir). Bu zaman texniki temperatur, bir tərəfdən, orta qaz-dinamik dəyişənlərin sahəsi ilə, digər tərəfdən, pulsasiyaların statistik parametrləri ilə müəyyən edilir - kinetik enerji pulsasiyalar
E = 3/2 və ya əlaqəli turbulentlik intensivliyi
(ε) = ½/ , E enerjisinin əsas payını ehtiva edən burulğanların ölçüsünü və ya ümumi halda məhsullarının orta dəyərləri olan pulsasiya edən kəmiyyətlərin bütün mümkün anlarını xarakterizə edən turbulentliyin inteqral şkalası L -

, ,
və s. - və məkanın bütün mümkün nöqtələrinə və zaman anlarına, yaxud ehtimal sıxlığı funksiyalarına aid - P(u1), P(u1, u2) və s. Pulsasiya parametrləri geniş hüdudlarda dəyişə bilər. Məsələn, külək tunellərinin işçi hissələrində onların növündən asılı olaraq (ε) = 0,01-2%; uzun boru kəmərlərinin oxunda (ε) = 4-5%, L = (0,03-0,04)d (d - boru diametri); VRD traktlarında b qiymətləri 10-20%, L isə (0,1-0,3)d-yə çata bilər.
1894-cü ildə orta sürət üçün tənliklər aldı (Reynold tənlikləri)

(i, (α) = 1, 2, 3) və turbulentlik enerjisi üçün tənlik. Burada (ρ) sıxlıqdır; (ν) - kinematik özlülük; x(α) - koordinatlar ((α) ilə toplama nəzərdə tutulur); t - vaxt. Bu tənliklər Navier-Stokes tənliklərindən əlavə turbulent gərginliklərin (Reynolds gərginlikləri) olması ilə fərqlənir τi j = - ρ impulslu hərəkət nəticəsində. Orta hesablanmış axının yerli xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilən molekulyar gərginliklərdən fərqli olaraq, Reynolds gərginlikləri geniş miqyaslı turbulentliklə əlaqələndirilir və buna görə də axının hər bir nöqtəsində orta sürətin paylanmasından və pulsasiya edən hərəkətin xüsusiyyətlərindən asılıdır. onun kifayət qədər böyük yaxınlığı.
Tez-tez Reynolds gərginliklərini təmsil etmək üçün 1897-ci ildə fransız alimi J. Boussinesq tərəfindən təqdim edilmiş turbulent özlülük anlayışından istifadə olunur.Kinematik turbulent özlülük (ν)t, kinematik molekulyar özlülükdən (ν) fərqli olaraq, fiziki xarakteristika deyil. orta, lakin axının statistik xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir; bu kəmiyyət dəyişkəndir və axının bəzi sahələrində hətta mənfi qiymətlər də ala bilir. Buna görə də, istilik axınları üçün, məsələn, müəyyən traktda orta ölçülü hərəkətin təsviri, müqavimət qanunları, istilik ötürülməsi və s., eyni traktda olan laminar axınlardan keyfiyyətcə fərqlənir.
Reaktiv öz-özünə bənzər hərəkətlər üçün sərbəst axın sistemlərində (ν) praktiki olaraq müstəqil olan axın üzrə orta sürətin və turbulentliyin statistik parametrlərinin eyni paylanması müşahidə olunur. Axın istiqamətinə paralel divarın yaxınlığında sürtünmə nöqtələri üçün, həmçinin divardakı sürtünmə gərginliyi və dəyəri (ν) ilə müəyyən edilən parametrlərin universal paylanması da mövcuddur (“universal divar qanunu”, L. Prandtl, 1932). Bu halda, molekulyar gərginliklərin Reynolds gərginliklərindən qat-qat böyük olduğu birbaşa divarın yaxınlığında, axın sürətinin divara qədər olan məsafədən, divara yaxın bölgədə isə kanallarda və sərbəst axınlarda xətti asılılıq var. , turbulent gərginliklərin üstünlük təşkil etdiyi yerlərdə loqarifmik asılılıq (loqarifmik) müşahidə edilir. Kanalda maksimum və cərəyan sürətlərinin axın nüvəsində paylanması da universal xarakter daşıyır (“sürət qüsuru qanunu”, T.Karman, 1930). Bənzər bir paylama sərhəd qatının xarici hissəsində də müşahidə olunur, lakin loqarifmik profilin demək olar ki, mərkəzinə qədər mövcud olduğu kanaldan fərqli olaraq, sərhəd qatının xarici hissəsində, əsasən aralıq hadisəsi ilə əlaqədar olaraq, sapma var. universal divar qanunundan, turbulent iz üçün sürət paylanmasına mütənasib olaraq - “iz qanunu” (D. Coles, 1956).
Termodinamikanın nəzəri öyrənilməsinin fundamental çətinliyi hərəkət tənlikləri sisteminin açıqlığı ilə bağlıdır (tənliklərin sayı müstəqil dəyişənlərin sayından azdır). Xüsusilə, Reynolds tənliklərində turbulent gərginliklər və orta sürət sahəsi arasında naməlumluq var. Bu, texniki nəzəriyyənin çoxlu sayda yarı empirik nəzəriyyələrinin yaranmasına səbəb oldu; onlarda orta ölçülü kəmiyyətlər üçün dəqiq tənlikləri bağlamaq üçün termodinamikada müəyyən tarazlıq strukturlarının mövcudluğu fərziyyəsinə əsaslanan əlavə təxmini əlaqələrdən istifadə edilir.
"Qarışdırma yolu" anlayışlarından istifadə edən nəzəriyyələr - maye həcmlərinin fərdiliyini itirdiyi xarakterik məsafə (Prandtl, 1925; Karman, 1930) - orta axın və geniş miqyaslı turbulentlik arasında tarazlığın mövcudluğunu nəzərdə tutur və buna görə də tətbiq olunur. universal divar qanununun sahəsi, öz-özünə oxşar axın rejimləri və s. İlk dəfə sovet alimi A. N. Kolmoqorov tərəfindən təklif edilən və E və L və ya onların birləşmələri üçün tənliklərdən istifadə edən iki parametrli turbulentlik modellərinin müxtəlif modifikasiyaları geniş diapazona malikdir. tətbiqlərin, isə
(ν)τ Turbulent axın (EL)½.
Turbulent gərginliklər üçün birbaşa tənliklərdən istifadə edən nəzəriyyələr (məsələn, I. Rott nəzəriyyəsi, 1951) pulsasiyaların dəyərləri və burulğanların ölçüləri istiqamətdə əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olan (izotrop olmayan) axınlar üçün etibarlıdır - zaman turbulent axın cisimlərin ətrafında axır, dəyişən en kəsiyli kanallarda, elektrik və maqnit qüvvələri və s.
Kompüterlərdən istifadə edən yarı empirik nəzəriyyələr bir çox praktiki əhəmiyyətli texniki parametrləri hesablamağa imkan verir, lakin bu cür nəzəriyyələrin universallığının olmaması və onlarda empirik əmsallardan və ya hətta funksiyalardan istifadə ehtiyacı həll edərkən eksperimental və nəzəri metodların birləşməsini zəruri edir. tətbiq olunan problemlər.

Aviasiya: Ensiklopediya. - M.: Böyük Rus Ensiklopediyası. Baş redaktor G.P. Svişşov. 1994 .

Digər lüğətlərdə "Turbulent axını" nın nə olduğuna baxın:

- (latınca turbulentus fırtınalı, nizamsız), onun elementləri mürəkkəb traektoriyalar boyunca qeyri-sabit hərəkətlər etdikdə, maye və ya qaz təbəqələri arasında intensiv qarışmağa səbəb olan maye və ya qaz axınının forması (bax... ... Fiziki ensiklopediya

- (latınca turbulentus, fırtınalı, nizamsız), mayenin hissəciklərinin mürəkkəb trayektoriyalar boyunca nizamsız, xaotik hərəkətlər etdiyi maye və ya qazın axını və mühitin sürəti, temperaturu, təzyiqi və sıxlığı xaotikdir. ...... Böyük ensiklopedik lüğət

- (latınca turbulentus fırtınalı, nizamsız), mayenin hissəciklərinin mürəkkəb trayektoriyalar boyunca nizamsız, xaotik hərəkətlər etdiyi və mühitin sürəti, temperaturu, təzyiqi və sıxlığı yaşanan maye və ya qazın axını. .. ... Müasir ensiklopediya- (latınca turbulentus fırtınalı, nizamsız), mayenin hissəciklərinin mürəkkəb trayektoriyalar boyunca nizamsız, xaotik hərəkətlər etdiyi və mühitin sürəti, temperaturu, təzyiqi və sıxlığı yaşanan maye və ya qazın axını. .. ... İllüstrasiyalı Ensiklopedik Lüğət

- (latınca turbulentus fırtınalı, nizamsız * a. turbulent axın; n. Wirbelstromung; f. ekoulement turbulent, ekoulement tourbillonnaire; i. flujo turbulento, corriente turbulenta) mayenin və ya qazın hərəkəti, onun zamanı və ... .. . Geoloji ensiklopediya

turbulent axın- Suyun və ya havanın onun hissəciklərinin mürəkkəb traektoriyalar boyunca nizamsız hərəkətlər etdiyi və intensiv qarışmasına səbəb olduğu axınının forması. Sin.: turbulentlik... Coğrafiya lüğəti

TURBULENT AKIŞ- onların kiçik həcmli elementlərinin mürəkkəb təsadüfi trayektoriyalar boyunca qeyri-sabit hərəkətlər etdiyi, bu da maye (və ya qaz) təbəqələrinin intensiv qarışmasına səbəb olan maye (və ya qaz) axınının bir növü. T. t. nəticəsində yaranır...... Böyük Politexnik Ensiklopediyası

Continuum mexanika Continuum Klassik mexanika Kütlənin saxlanması qanunu impulsun saxlanması qanunu ... Wikipedia

Turbulent axın mayelərin qarışması, sürətlərin və təzyiqlərin pulsasiyası ilə xarakterizə olunur.

düyü. 8.1. Turbulent axında sürət pulsasiyası

Sürət bəzi ortalama ətrafında təsadüfi olaraq dəyişir v osr zaman keçdikcə, bu halda sabit qalır. Turbulent axın həmişə qeyri-sabitdir, çünki sürətlərin və təzyiqlərin dəyərləri, həmçinin hissəciklərin trayektoriyası zamanla dəyişir.

Turbulent axında sürətlərin paylanması daha vahiddir və divarda sürətin artması laminar axına nisbətən daha dikdir.

düyü. 8.2. Laminarda sürət profilləri

və turbulent axınlar

Turbulent axında axının qatlanması olmadığı və mayenin qarışması baş verdiyi üçün bu halda Nyutonun sürtünmə qanunu ümumi tangensial gərginliyin yalnız kiçik bir hissəsini ifadə edir.

Mayenin qarışması və eninə istiqamətdə impulsun davamlı ötürülməsi səbəbindən kəsmə gərginliyi τ 0 turbulent axında boru divarında laminar axınından qat-qat böyükdür. Bu baxımdan borularda mayenin turbulent axını zamanı enerji itkiləri də laminar axın zamanıkından fərqlidir.

düyü. 8.3. Asılılıq v Və Q

Turbulent axının mürəkkəbliyinə və onun analitik tədqiqinin çətinliklərinə görə indiyədək onun üçün kifayət qədər ciddi və dəqiq nəzəriyyə mövcud deyil.

Praktiki hesablamalarda turbulent hərəkət ani deyil, zamanla orta sürətlərlə təsvir olunur.

burada T orta intervaldır.

Fərq pulsasiya sürəti adlanır.

Sürətin pulsasiya komponentlərini (əlavələrini) qiymətləndirmək üçün pulsasiya əlavələrinin standart sapmasına bərabər bir standart tətbiq edilir.

Turbulentliyin dərəcəsi (intensivliyi) sürətin pulsasiya komponentinin (əlavəsinin) standart sapmasının xarakterik axın sürətinə (müəyyən bir nöqtədə orta hesablanmış yerli sürətə, şaquli orta səviyyəyə, orta göstəriciyə) nisbətidir. açıq bölmə, maksimum sürətə qədər). Tipik olaraq, xarakterik sürət orta axın sürəti, müəyyən bir nöqtədə orta yerli sürət və ya dinamik sürət kimi qəbul edilir.

burada R hidravlik radiusdur;

J – hidravlik yamac.

Tədqiqatlar göstərir ki, turbulent hərəkət zamanı pulsasiya edən sürətləri təsvir etmək üçün ən ümumi nəticələr dinamik sürəti sürət şkalası kimi qəbul etdikdə əldə edilir, yəni.

Nümunə olaraq, dairəvi en kəsiyli düz silindrik boruda mayenin axını nəzərdən keçirək (oxsimmetrik axın). Turbulent hərəkətdə olan boruda axın quruluşu adətən təxmini iki qatlı sxem (model) şəklində təqdim olunur. Möhkəm bir divarda, pulsasiya edənlər də daxil olmaqla sürətlər sıfıra bərabərdir. Möhkəm divarın yaxınlığında çox nazik təbəqə var ki, orada Nyutonun özlü sürtünmə qanununa əsasən hesablanmış tangensial gərginliklər üstünlük təşkil edir. Buna görə də nəzərdən keçirilən təbəqə axının özlü alt qatı adlanır.

Özlü alt qat daxilində sürət divarda sıfırdan lay sərhədində müəyyən bir dəyərə qədər xətti olaraq artır. Əvvəllər hesab olunurdu ki, bu nazik təbəqə daxilində hərəkət tamamilə laminardır, orada sürət, təzyiq və ya tangensial gərginliyin pulsasiyası yoxdur və buna görə də onu laminar alt təbəqə (plyonka) adlandırırdılar.

Borunun en kəsiyinin qalan hissəsinin sıx sürət pulsasiyalarının və maye hissəciklərinin qarışmasının baş verdiyi turbulent axın özəyi tərəfindən işğal edilmiş hesab olunur.

Sıxılmayan mayenin turbulent qeyri-sabit hərəkəti üçün orta sürətlərlə ifadə edilən hərəkət tənlikləri Reynolds tənlikləri adlanır və formaya malikdir.

x oxuna proyeksiyada:

Reynolds tənliyinə daxil edilən tip kəmiyyətlərə turbulent gərginliklər deyilir. Onlarla deformasiya sürətləri arasında əlaqə turbulentliyin yarımempirik nəzəriyyələrinin əsasını təşkil edən fərziyyələr (M. Boussinesq hipotezi, L. Prandtl hipotezi, C. Teylor hipotezi, T. Karman hipotezi və s.) əsasında qurulur. Əksər hallarda borularda mayelərin turbulent axını ilə bağlı praktiki hesablamalar üçün hidrodinamik oxşarlıq nəzəriyyəsi əsasında sistemləşdirilmiş eksperimental məlumatlardan istifadə olunur.

Dairəvi borularda turbulent axın zamanı təzyiq itkilərinin əsas hesablanması formuluna Darcy-Weisbach düsturu adlanan empirik düstur verilir və aşağıdakı formaya malikdir:

Bu əsas düstur həm turbulent, həm də laminar axına aiddir; fərq yalnız əmsalın dəyərlərində olur .