Laminar va turbulent suyuqlik harakati. Ma'ruza kursi Turbulent suyuqlik harakati

(lotincha turbulentus - bo'ronli, tartibsiz), suyuqlik yoki gaz oqimining shakli, ularning elementlari murakkab traektoriyalar bo'ylab beqaror harakatlarni amalga oshiradi, bu suyuqlik yoki gaz qatlamlari o'rtasida kuchli aralashuvga olib keladi (qarang TURBULENT ). Suyuqlik yoki gaz atrofida oqadigan qattiq jismlar atrofidagi quvurlar, kanallar va chegara qatlamlaridagi qattiq jismlarda eng batafsil tadqiqotlar o'tkazildi. tel, shuningdek, deb atalmish erkin T. t - oqimlar, suyuqlik yoki gazga nisbatan harakatlanuvchi qattiq moddalarning izlari. jismlar va turli tezlikdagi oqimlar orasidagi aralashtirish zonalari, c.-l bilan ajratilmagan. televizor devorlar. T. t sanab o'tilgan holatlarning har birida mos keladigan laminar oqimdan uning murakkab ichkiligi bilan ajralib turadi. tuzilishi (1-rasm) va taqsimlanishi
Guruch. 1. Turbulent oqim.

oqim kesmasi bo'yicha o'rtacha tezlik (2-rasm) va integral xarakteristikalar - o'rtacha ko'ndalang kesimga bog'liqligi yoki maks. tezlik, oqim tezligi, shuningdek koeffitsient. Reynolds soni Re dan qarshilik, quvurlar yoki kanallardagi issiqlik energiyasining o'rtacha tezligi profili parabolikdan farq qiladi. devorlarda tezlikni tezroq oshirish va pastroq bo'lgan mos keladigan laminar oqim profili
Guruch. 2. O'rtacha tezlik profili: a - laminar oqim uchun; b - turbulent oqimda.

markazga egrilik. oqim qismlari. Devor yaqinidagi yupqa qatlam bundan mustasno, tezlik profili logarifm bilan tavsiflanadi. qonun (ya'ni, tezlik chiziqli devorgacha bo'lgan masofaning logarifmiga bog'liq). qarshilik l=8tw/rv2cp (bu yerda tw - devordagi ishqalanish kuchlanishi, r - suyuqlik zichligi, vav - ko'ndalang kesimdagi o'rtacha oqim tezligi) Re bilan bog'liq:

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

qaerda c. va B sonli konstantalardir. Laminar chegara qatlamlaridan farqli o'laroq, turbulent chegara qatlami odatda vaqt o'tishi bilan tasodifiy o'zgarib turadigan aniq chegaraga ega (0,4 b - 1,2 d ichida, bu erda d - devordan masofa, bunda o'rtacha tezlik 0,99 v, a v - tezlikdan tashqarida tezlik. chegara qatlami). Turbulent chegara qatlamining devorga yaqin qismidagi o'rtacha tezlik profili logarifmik tarzda tasvirlangan. qonun va tashqi qismi, tezlik logarifmik qaraganda tezroq devordan masofa bilan ortadi. qonun. Bu erda l ning Re ga bog'liqligi yuqorida ko'rsatilganiga o'xshash shaklga ega.

Jets, uyg'onish va aralashtirish zonalari taxminan. o'ziga o'xshashlik: har bir bo'limda c = const bu T. har qanday boshidan juda kichik bo'lmagan masofalarda x. Bo'limlarga L(x) va v(x) uzunlik va tezlik shkalalarini kiritish mumkinki, o'lchovsiz statistik gidrodinamik xususiyatlar Ushbu shkalalarni qo'llash orqali olingan maydonlar (xususan, o'rtacha tezlik profillari) barcha bo'limlarda bir xil bo'ladi.

Erkin turbulentlik holatida, har bir daqiqada vorteksli turbulentlik bilan band bo'lgan ishlab chiqarish maydoni aniq, ammo juda aniq. tartibsiz shakl chegaralar, undan tashqarida oqim potentsialdir. Bu erda intervalgacha turbulentlik zonasi chegara qatlamlariga qaraganda ancha kengroq bo'lib chiqadi.
Jismoniy ensiklopedik lug'at. - M.: Sovet Entsiklopediyasi..1983 .

TURBULENT OQIM
Ko'p oqimlar mavjudligi sababli kesilgan suyuqlik yoki gaz oqimining shakli. vortekslarning parchalanishi o'lchamlari, suyuqlik zarralari xaotik xatti-harakatlarni amalga oshiradi. murakkab traektoriyalar bo'ylab beqaror harakatlar (qarang. Turbulentlik), silliq kvaziparallel zarrachalar traektoriyalari bilan laminar oqimlardan farqli o'laroq. T. t.lar aniq kuzatiladi. sharoitlar (etarli darajada katta Reynolds raqamlari) suyuqlik yoki gazga nisbatan harakatlanuvchi qattiq jismlarning sirtlari yaqinidagi quvurlar, kanallar, chegara qatlamlarida, bunday jismlar, reaktivlar, turli tezlikdagi oqimlar orasidagi aralashish zonalari, shuningdek, turli xil tabiiy sharoitlarda.

T. T. laminardan zarrachalar harakatining tabiati bilangina emas, balki oqimning koʻndalang kesimi boʻylab oʻrtacha tezlikni taqsimlanishi, oʻrtacha yoki maks.ga bogʻliqligi bilan ham farqlanadi. tezlik, oqim va koeffitsient Reynolds sonidan qarshilik Re, issiqlik va massa almashinuvining intensivligi ancha yuqori.

Quvurlar va kanallarda isitishning o'rtacha tezligi profili parabolikdan farq qiladi. o'qda kamroq egrilik va devorlarda tezlikning tezroq o'sishi bilan laminar oqimlarning profili, bu erda yupqa yopishqoq pastki qatlam bundan mustasno (tartibning qalinligi , bu erda v- yopishqoqlik, - "ishqalanish tezligi", t-turbulent ishqalanish kuchlanishi, r-zichlik) tezlik profili universal bilan tavsiflanadi. Re logarifmik qonun bo'yicha:

Qayerda y 0 silliq devor uchun teng va qo'pol devor uchun tuberkulyarlarning balandligi bilan mutanosibdir.

Turbulent chegara qatlami, laminar chegara qatlamidan farqli o'laroq, odatda chegaralar ichida tartibsiz ravishda o'zgarib turadigan aniq chegaraga ega bo'ladi, bu erda d - devordan masofa, tezlik chegara qatlamidan tashqaridagi qiymatning 99% ga etadi; bu mintaqada tezlik logarifmikdan ko'ra tezroq devordan masofa bilan ortadi. qonun.

Jetlar, uyg'onish va aralashtirish zonalari taxminan. o'ziga o'xshashlik: masofa bilan x boshidan qism uzunligi shkalasi L kabi o'sadi x t, va tezlik shkalasi U kabi kamayadi x-n, bu erda volumetrik jet uchun t = n = 1, kvartira uchun T=1, n=1/2, hajmli iz uchun T= 1/3, n= 2/3, tekis iz uchun t=n=1/2, aralashtirish zonasi uchun m= 1, n = 0. Bu erda turbulent hududning chegarasi ham aniq, lekin shakli notekis va chegara qatlamlarinikidan kengroq, tekis silkinishda - (0,4-3,2) diapazonda o'zgarib turadi. L.

Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Uzluksiz vositalar mexanikasi, 2-nashr, M., 1954; Loytsyanskiy L.G., Suyuqlik va gaz mexanikasi, 6-nashr, M., 1987; Taunsend A. A., ko'ndalang siljish bilan turbulent oqimning tuzilishi, trans. ingliz tilidan, M., 1959; Abramovich G.N., Turbulent reaktivlar nazariyasi, M., 1960; Monin A. S., Yaglom A. M., Statistik gidromexanika, 2-nashr, qism. . 1, Sankt-Peterburg, 1992 yil. A. S. Monin.

Jismoniy ensiklopediya. 5 jildda. - M.: Sovet Entsiklopediyasi.Bosh muharrir A. M. Proxorov.1988 .

Gidrodinamika fizikaning eng muhim bo'limi bo'lib, suyuqlikning tashqi sharoitga qarab harakatlanish qonuniyatlarini o'rganadi. Gidrodinamikada ko'rib chiqiladigan muhim masala laminar va turbulent suyuqlik oqimini aniqlash masalasidir.

Suyuqlik nima?

Laminar va turbulent suyuqlik oqimi masalasini yaxshiroq tushunish uchun birinchi navbatda bu moddaning nima ekanligini ko'rib chiqish kerak.

Fizikada suyuqlik moddaning 3 ta agregat holatidan biri boʻlib, u berilgan sharoitda oʻz hajmini saqlab turishga qodir, lekin minimal tangensial kuchlar taʼsirida shaklini oʻzgartirib, oqib chiqa boshlaydi. Undan farqli o'laroq qattiq, suyuqlikda tashqi ta'sirga qarshilik kuchlari paydo bo'lmaydi, bu esa asl shaklini qaytarishga intiladi. Suyuqlik gazlardan farq qiladi, chunki u doimiy tashqi bosim va haroratda o'z hajmini saqlab turishga qodir.

Suyuqliklarning xossalarini tavsiflovchi parametrlar

Laminar va turbulent oqim masalasi, bir tomondan, suyuqlikning harakati ko'rib chiqiladigan tizimning xususiyatlari bilan, ikkinchi tomondan, suyuq moddaning xususiyatlari bilan belgilanadi. Bu erda suyuqliklarning asosiy xususiyatlari:

Zichlik. Har qanday suyuqlik bir hildir, shuning uchun uni tavsiflash uchun suyuq moddaning birlik hajmiga tushadigan massa miqdorini aks ettiruvchi ushbu jismoniy miqdor ishlatiladi.
Yopishqoqlik. Bu qiymat suyuqlikning turli qatlamlari o'rtasida uning oqimi paytida yuzaga keladigan ishqalanishni tavsiflaydi. Suyuqliklarda molekulalarning potentsial energiyasi ularning kinetik energiyasiga taxminan teng bo'lganligi sababli, u har qanday haqiqiy suyuqlik moddalarida qandaydir yopishqoqlik mavjudligini aniqlaydi. Suyuqliklarning bu xususiyati ularning oqimi davomida energiya yo'qotilishiga olib keladi.
Siqilish qobiliyati. Tashqi bosimning oshishi bilan har qanday suyuqlik moddasi o'z hajmini pasaytiradi, ammo suyuqliklar uchun bu bosim ular egallagan hajmni biroz kamaytirish uchun etarlicha yuqori bo'lishi kerak, shuning uchun ko'p amaliy holatlarda bu jismoniy holat siqilmaydi deb taxmin qilinadi.
Yuzaki taranglik. Bu qiymat suyuqlik yuzasi birligini hosil qilish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ish bilan belgilanadi. Sirt tarangligining mavjudligi suyuqliklarda molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlarining mavjudligi bilan bog'liq va ularning kapillyar xususiyatlarini aniqlaydi.

Laminar oqim

Turbulent va laminar oqim masalasini o'rganayotganda, avvalo, ikkinchisini ko'rib chiqaylik. Agar bu quvurning uchlaridagi quvurda bo'lgan suyuqlik uchun bosim farqi yaratilsa, u oqishni boshlaydi. Agar moddaning oqimi tinch bo'lsa va uning har bir qatlami boshqa qatlamlarning harakat chiziqlarini kesib o'tmaydigan silliq traektoriya bo'ylab harakatlansa, biz laminar oqim rejimi haqida gapiramiz. Uning davomida har bir suyuqlik molekulasi quvur bo'ylab ma'lum bir traektoriya bo'ylab harakatlanadi.

Laminar oqimning xususiyatlari quyidagilardan iborat:

Suyuq moddaning alohida qatlamlari o'rtasida aralashish yo'q.
Quvur o'qiga yaqinroq joylashgan qatlamlar uning atrofida joylashganlarga qaraganda yuqori tezlikda harakatlanadi. Bu haqiqat suyuqlik molekulalari va quvurning ichki yuzasi o'rtasida ishqalanish kuchlarining mavjudligi bilan bog'liq.

Laminar oqimga misol qilib, dushdan oqib chiqadigan parallel suv oqimlari mavjud. Agar siz laminar oqimga bir necha tomchi bo'yoq qo'shsangiz, ular suyuqlik hajmiga aralashmasdan silliq oqimini davom ettiradigan oqimga qanday tortilganligini ko'rishingiz mumkin.

Turbulent oqim

Ushbu rejim laminardan tubdan farq qiladi. Turbulent oqim - bu xaotik oqim bo'lib, unda har bir molekula o'zboshimchalik bilan traektoriya bo'ylab harakatlanadi, uni faqat vaqtning dastlabki momentida oldindan aytish mumkin. Bu rejim vortekslar va suyuqlik oqimidagi kichik hajmlarning dumaloq harakatlari bilan tavsiflanadi. Shunga qaramay, alohida molekulalarning traektoriyalarining xaotik tabiatiga qaramasdan, umumiy oqim ma'lum bir yo'nalishda harakat qiladi va bu tezlikni qandaydir o'rtacha qiymat bilan tavsiflash mumkin.

Turbulent oqimga tog 'daryosidagi suv oqimi misol bo'ladi. Agar siz bo'yoqni shunday oqimga tushirsangiz, dastlabki daqiqada oqim paydo bo'lishini ko'rishingiz mumkin, u buzilishlarni va kichik turbulentliklarni boshdan kechira boshlaydi va keyin suyuqlikning butun hajmi bo'ylab aralashib yo'qoladi.

Suyuqlik oqimi rejimi nimaga bog'liq?

Laminar yoki turbulent oqim rejimlari ikkita kattalik o'rtasidagi bog'liqlikka bog'liq: suyuqlik qatlamlari orasidagi ishqalanishni aniqlaydigan suyuq moddaning yopishqoqligi va oqim tezligini tavsiflovchi inertial kuchlar. Modda qanchalik yopishqoq bo'lsa va uning oqimi tezligi qanchalik past bo'lsa, laminar oqim ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi. Aksincha, agar suyuqlikning yopishqoqligi past bo'lsa va uning harakat tezligi yuqori bo'lsa, unda oqim turbulent bo'ladi.

Quyida ko'rib chiqilayotgan moddalar oqimi rejimlarining xususiyatlarini aniq tushuntiradigan video mavjud.

Oqim rejimini qanday aniqlash mumkin?

Amaliyot uchun bu savol juda muhim, chunki unga javob suyuqlik muhitida jismlarning harakatlanish xususiyatlari va energiya yo'qotishlari miqdori bilan bog'liq.

Laminar va turbulent suyuqlik oqimi rejimlari o'rtasidagi o'tish Reynolds raqamlari yordamida baholanishi mumkin. Ular o'lchovsiz miqdor bo'lib, 19-asrning oxirida suyuq moddaning harakat rejimini amalda aniqlash uchun ulardan foydalanishni taklif qilgan irlandiyalik muhandis va fizik Osborne Reynolds nomi bilan atalgan.

Reynolds raqamini (quvurdagi suyuqlikning laminar va turbulent oqimi) quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin: Re = r*D*v/m, bu yerda r va m mos ravishda moddaning zichligi va yopishqoqligi, v - uning oqimining o'rtacha tezligi, D - diametrli quvurlar. Formulada numerator inertial kuchlarni yoki oqimni aks ettiradi va maxraj ishqalanish kuchlarini yoki yopishqoqlikni aniqlaydi. Bundan xulosa qilishimiz mumkinki, agar ko'rib chiqilayotgan tizim uchun Reynolds soni katta bo'lsa, demak suyuqlik turbulent rejimda oqadi va aksincha, kichik Reynolds raqamlari laminar oqim mavjudligini ko'rsatadi.

Reynolds raqamlarining o'ziga xos qiymatlari va ulardan foydalanish

Yuqorida aytib o'tilganidek, Reynolds soni laminar va turbulent oqimni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Muammo shundaki, bu tizimning xususiyatlariga bog'liq, masalan, quvurning ichki yuzasida nosimmetrikliklar bo'lsa, undagi suvning turbulent oqimi silliqga qaraganda pastroq oqim tezligida boshlanadi.

Ko'pgina tajribalarning statistik ma'lumotlari shuni ko'rsatdiki, suyuq moddaning tizimi va tabiatidan qat'i nazar, Reynolds soni 2000 dan kam bo'lsa, u holda laminar harakat sodir bo'ladi, lekin 4000 dan ortiq bo'lsa, oqim turbulent bo'ladi. Oraliq raqamlar (2000 dan 4000 gacha) o'tish rejimining mavjudligini ko'rsatadi.

Ko'rsatilgan Reynolds raqamlari suyuqlik muhitida turli xil texnik ob'ektlar va qurilmalarning harakatini aniqlash, quvurlar orqali suv oqimini o'rganish uchun ishlatiladi. turli shakllar, va ba'zilarini o'rganishda ham muhim rol o'ynaydi biologik jarayonlar, masalan, inson qon tomirlarida mikroorganizmlarning harakati.

Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, suyuqlikda harakatning ikki shakli mumkin: laminar harakat va turbulent harakat. Keling, quyidagi tajribani amalga oshiramiz. Biz suvni shisha naycha orqali etkazib beramiz. Quvurning boshida biz ingichka trubkani o'rnatamiz, u orqali biz bo'yoq bilan ta'minlaymiz. Shisha naychadagi suvning tezligi past bo'lsa, yupqa naychadan oqib chiquvchi bo'yoq oqimi ip shaklini oladi. Bu suyuqlikning alohida zarralari to'g'ri chiziqda harakat qilishini ko'rsatadi. Dumaloq quvurdagi suyuqlik bir-biri bilan aralashmaydigan konsentrik halqali qatlamlarda harakat qiladi. Bu harakat deyiladi laminar (qatlamli) (2.40-rasmga qarang).

Guruch. 2.40. Rangli suyuqlikning laminar va turbulent rejimlarda harakati

Shisha naychadagi harakat tezligi oshishi bilan bo'yoq oqimi xiralashadi, barqarorligini yo'qotadi va yuqori tezlikda bo'yoq suyuqlikning butun massasini bir tekis rangga bo'yaydi, bu barcha qatlamlarning intensiv aralashishini ko'rsatadi. Suyuqlikning alohida zarralari va uning kichik hajmlari xaotik va tartibsiz harakat holatidadir. Umumiy translyatsion harakatlar bilan bir qatorda zarrachalarning ko'ndalang harakati ham mavjud. Bu harakat deyiladi turbulent (2.40-rasmga qarang).

Quyidagi jadvaldan ko'rinib turibdiki, bu ikki haydash rejimi bir-biridan keskin farq qiladi.

2.1-jadval

Xarakterli	Laminar rejim	Turbulent rejim
Harakat	Faqat uzunlamasına	Uzunlamasına va ko'ndalang
Energiyani yo'qotish
Issiqlik uzatish	Issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli issiqlik uzatish	O'tkazuvchanlik va konveksiya tufayli issiqlik uzatish
Tezlik diagrammasi	Parabolik funktsiya	Logarifmik funktsiya
Koeffitsient a

Tomchi suyuqlikning laminar oqimidan dumaloq naychalardagi turbulent oqimga o'tish shartlarini birinchi marta O.Reynolds o'rgangan. U rejim uchta parametrga bog'liqligini aniqladi: o'rtacha tezlik, diametr d va kinematik yopishqoqlik n. Reynolds laminar va turbulent oqim rejimlari orasidagi chegara bo'lgan ushbu parametrlar nisbatining ma'lum bir kritik qiymati bor degan xulosaga keldi va uni topdi:

Aniqroq tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, 2000 dan 4000 gacha bo'lgan Raynald raqamlari oralig'ida turbulent va laminar rejimlarning davriy o'zgarishi mavjud. Shuning uchun, harakat rejimi laminar bo'lganda va turbulent rejim o'rnatilganda aniq aytishimiz mumkin. 2000 dan 4000 gacha bo'lgan Reynolds raqamlari oralig'ida rejim beqaror, ya'ni. ham laminar, ham turbulent bo'lishi mumkin.

Qarshilik, issiqlik uzatish, issiqlik uzatish, qattiq zarrachalarni tashish bilan bog'liq hodisalarni o'rganishda Raynald soni hisoblangan bog'liqliklarni qurish uchun boshlang'ich nuqtadir.

Texnologiyadagi suyuqlik harakatining aksariyati laminar emas, balki turbulentdir. Turbulent oqimlar laminar oqimlarga qaraganda ancha murakkab va ularni o'rganish uchun boshqa usullar kerak. Turbulent oqimdagi alohida suyuqlik zarralari harakatining tasodifiy tabiati statistik mexanika usullaridan foydalanishni talab qiladi.

Kinematik nuqtai nazardan turbulent harakatning xaotik tabiati kosmosning alohida nuqtalarida harakat tezligi doimiy ravishda kattalik (2.41-rasmga qarang) va yo'nalish bo'yicha o'zgarib turishini anglatadi. Vaqtning ma'lum bir nuqtasida o'lchangan turbulent oqimning ma'lum bir nuqtasidagi tezlik deyiladi bir zumda va belgilang u, Eksperimental tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, oniy tezlikdagi o'zgarishlar tasodifiydir.

Guruch. 2.41. Bir zumda tezlikni o'zgartirish grafigi

Turbulent oqimni tasvirlash uchun tushunchalar kiritiladi o'rtacha tezlik , ma'lum bir nuqtada ma'lum vaqt oralig'idagi o'rtacha tezlik

Qayerda t- ancha uzoq vaqt.

Doimiy oqim tezligi bo'lgan quvurda suyuqlikning bir xil oqimi bilan ma'lum bir nuqtada o'lchangan lahzali tezlikni uchta komponentga ajratish mumkin.

Tezlik komponentlarining har biri vaqt o'tishi bilan o'zgaradi, ammo ma'lum vaqt oralig'ida barqaror harakatlanish uchun ko'ndalang komponentlarning vaqt bilan belgilangan qiymatlari nolga teng. Agar eksa X trubaning o'qiga to'g'ri keladi, keyin .

Agar shunga o'xshash tarzda quvur bo'ylab bir nechta nuqtalarning o'rtacha tezligini aniqlasak, biz olamiz o'rtacha tezlik diagrammasi trubaning kesimi bo'ylab. Muayyan tezliklarni o'rtacha hisoblash oqimning o'rtacha tezligini beradi.

Shunday qilib, biz bir lahzali tezliklarni vaqt ichida o'rtacha hisoblagandan so'ng o'rtacha tezlikni olamiz va biz kesma bo'ylab o'rtacha tezliklarni o'rtacha hisoblagandan so'ng o'rtacha tezlikni olamiz.

O'rtacha tezlikni damlamaning tezligi deb hisoblash mumkin. Doimiy suyuqlik oqimi tezligi bilan, ma'lum bir oqim kesimidagi o'rtacha uzunlamasına tezliklar diagrammasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi, bu barqaror oqimning belgisidir.

O'rtacha tezlik tushunchasidan foydalanib, tasodifiy harakatlanuvchi suyuqlik massalari bo'lgan turbulent oqim tezligi kattaligi va yo'nalishi bo'yicha o'rtacha tezliklarga teng bo'lgan elementar oqimlar to'plamini ifodalovchi xayoliy oqim modeli bilan almashtiriladi. Bu turbulent oqimga bir o'lchovli gidravlika tasvirini qo'llash mumkinligini anglatadi.

Bir lahzali tezlikning o'rtacha qiymatidan og'ishi deyiladi pulsatsiyalanuvchi tezlik yoki pulsatsiya . Suyuq bo'laklarning haqiqiy tasodifiy harakatlarini xayoliy reaktiv harakat bilan almashtirish xayoliy oqimlar o'rtasida ba'zi xayoliy o'zaro ta'sir kuchlarini kiritishni talab qiladi.

Buning yordamida Prandtl yangi turdagi sirt kuchlarini va mos keladigan tangensial stresslarni kiritdi

deb ataladi turbulent tangensial stresslar . Bu stresslar pulsatsiyalar yoki suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasidagi impuls almashinuvi natijasida yuzaga keladi. Yuqori tezlikda harakatlanadigan qatlam orqada qolgan qatlamni yuqoriga tortadi va aksincha, sekin harakatlanadigan qatlam etakchini sekinlashtiradi. Minus belgisi qarshilik kuchining uzunlamasına pulsatsiyaga teskari yo'nalishga ega ekanligini ta'kidlaydi. Indekslar x Va y qatlam harakati va ko'ndalang pulsatsiyalar yo'nalishini ko'rsatish.

O'rtacha tangensial stresslar deyiladi turbulent

Turbulent oqim

suyuqlik yoki gaz oqimi, uning hajmlarining tartibsiz, tartibsiz harakati va ularning intensiv aralashishi ( sm. Turbulentlik), lekin odatda silliq, muntazam xarakterga ega. Issiqlik suyuqligining shakllanishi katta Reynolds raqamlarida laminar oqimning beqarorligi bilan bog'liq ( sm. Laminar oqimning turbulentga o'tishi). Suyuqlik oqimini o'rganishda devor oqimlari (turbulent chegara qatlami, quvurlar va kanallardagi oqimlar) va erkin oqimlar (turbulent oqimlar, aerodinamik uyg'onishlar, aralash qatlamlar) o'rtasida farqlanadi.
T.larda keng tarqalgan tabiiy hodisalar va texnik qurilmalar va laminar oqimlarga nisbatan uzatish koeffitsientining katta qiymatlari bilan tavsiflanadi ( sm. Muhitning uzatish xususiyatlari), bu juda katta ishqalanish kuchlariga olib keladi ( sm. Turbulent ishqalanish), issiqlik va massa oqimlari. Ko'pgina texnik ilovalarda bu zararli va bizni ularni kamaytirish yo'llarini izlashga majbur qiladi ( sm., masalan, chegara qatlamining laminarizatsiyasi); ba'zi hollarda, aksincha - bu tananing aerodinamik qarshiligini pasayishiga olib keladigan havo oqimining amalga oshirilishi ( sm. Qarshilik inqirozi). Boshqa tomondan, ko'plab texnik qurilmalar (samolyot dvigatellari, ejektorlar va boshqalar) yuqori intensivlikdagi aralashtirish jarayonlarini va tarqalish tezligini oshiradi. kimyoviy reaksiyalar(masalan, yonish) issiqlik texnologiyasida issiqlik texnologiyasining qonunlari ko'pincha texnik qurilmalarni takomillashtirish chegarasini belgilaydi.
O.Reynoldsdan keyin termodinamikadagi gaz-dinamik o‘zgaruvchilarning oniy qiymatlari 2 ta hadga – o‘rtacha qiymat va uning pulsatsiyasiga bo‘linadi (masalan, tezlik vektorining ui komponenti ko‘rinishda ifodalanadi.
ui = +u(′)i va bosim
p = +p",
belgisi qayerda<...>vaqt bo'yicha o'rtacha qiymatni bildiradi, bar uning pulsatsiyasini ko'rsatadi). Bunday holda, texnik harorat, bir tomondan, o'rtacha gaz-dinamik o'zgaruvchilar maydoni bilan, boshqa tomondan, pulsatsiyalarning statistik parametrlari bilan belgilanadi - kinetik energiya pulsatsiyalar
E = 3/2 yoki tegishli turbulentlik intensivligi
(ε) = ½/ , E energiyasining asosiy ulushini o'z ichiga olgan girdoblar hajmini yoki umuman olganda, pulsatsiyalanuvchi miqdorlarning barcha mumkin bo'lgan momentlarini tavsiflovchi turbulentlikning integral shkalasi L, ularning mahsulotlarining o'rtacha qiymatlari -

, ,
va boshqalar - va fazodagi barcha mumkin bo'lgan nuqtalar va vaqt momentlari bilan bog'liq yoki ehtimollik zichligi funktsiyalari - P(u1), P(u1, u2) va boshqalar. Pulsatsiya parametrlari keng chegaralarda o'zgarishi mumkin. Masalan, shamol tunnellarining ishchi qismlarida ularning turiga qarab (e) = 0,01-2%; uzun quvur liniyalari o'qi bo'yicha (e) = 4-5%, L = (0,03-0,04)d (d - quvur diametri); VRD traktlarida b qiymatlari 10-20% ga, L esa (0,1-0,3) d ga yetishi mumkin.
1894 yilda u o'rtacha tezlik uchun tenglamalarni oldi (Reynold tenglamalari)

(i, (a) = 1, 2, 3) va turbulentlik energiyasi uchun tenglama. Bu erda (r) - zichlik; (n) - kinematik yopishqoqlik; x(a) - koordinatalar ((a) yig'indisi nazarda tutiladi); t - vaqt. Bu tenglamalar Navye-Stoks tenglamalaridan pulsatsiyalanuvchi harakatdan kelib chiqadigan qo'shimcha turbulent kuchlanishlar (Reynolds kuchlanishlari) ti j = - r mavjudligi bilan farqlanadi. O'rtacha oqimning mahalliy xususiyatlari bilan belgilanadigan molekulyar kuchlanishlardan farqli o'laroq, Reynolds kuchlanishlari katta hajmdagi turbulentlik bilan bog'liq va shuning uchun oqimning har bir nuqtasida o'rtacha tezlikning taqsimlanishiga va pulsatsiyalanuvchi harakatning xususiyatlariga bog'liq. unga etarlicha katta yaqinlik.
Ko'pincha Reynolds kuchlanishlarini ifodalash uchun fransuz olimi J. Boussinesq tomonidan 1897 yilda kiritilgan turbulent viskozite tushunchasi qo'llaniladi, kinematik molekulyar yopishqoqlik (n) dan farqli o'laroq, fizik xususiyatga ega emas. o'rta, lekin oqimning statistik xususiyatlari bilan belgilanadi; bu miqdor o'zgaruvchan va oqimning ba'zi joylarida hatto salbiy qiymatlarni ham qabul qilishi mumkin. Shuning uchun, masalan, ma'lum bir traktdagi termal oqimlar uchun o'rtacha harakatning rasmi, qarshilik, issiqlik uzatish va boshqalar qonunlari bir xil traktdagi laminar oqimlardan sifat jihatidan farq qiladi.
Jetning o'ziga o'xshash harakatlari uchun erkin oqim tizimlarida oqim bo'ylab o'rtacha tezlik va turbulentlikning statistik parametrlarining bir xil taqsimlanishi kuzatiladi, ular amalda (n) ga bog'liq emas. Oqim yo'nalishiga parallel bo'lgan devor yaqinidagi ishqalanish nuqtalari uchun devordagi ishqalanish kuchlanishi va (n) qiymati bilan belgilanadigan parametrlarning universal taqsimotlari ham mavjud ("universal devor qonuni", L. Prandtl, 1932). Bunday holda, molekulyar kuchlanishlar Reynolds kuchlanishlaridan ancha katta bo'lgan devorga bevosita yaqin joyda, oqim tezligining devorgacha bo'lgan masofaga chiziqli bog'liqligi va devorga yaqin mintaqada kanallarda va erkin oqimlarda. , turbulent stresslar ustun bo'lgan joylarda logarifmik bog'liqlik (logarifmik) kuzatiladi. Oqim yadrosida kanaldagi maksimal va oqim tezligining taqsimlanishi ham universal xarakterga ega (“Tezlik nuqsoni qonuni”, T.Karman, 1930). Xuddi shunday taqsimlanish chegara qatlamining tashqi qismida ham kuzatiladi, ammo logarifmik profil deyarli uning markaziga qadar mavjud bo'lgan kanaldan farqli o'laroq, chegara qatlamining tashqi qismida, asosan, intervalgacha hodisa tufayli, og'ish mavjud. universal devor qonunidan, turbulent iz uchun tezlik taqsimotiga proportsional - "iz qonuni" (D. Coles, 1956).
Termodinamikani nazariy o'rganishning fundamental qiyinligi harakat tenglamalari tizimining ochiqligi bilan bog'liq (tenglamalar soni mustaqil o'zgaruvchilar sonidan kamroq). Xususan, Reynolds tenglamalarida turbulent kuchlanishlar va o'rtacha tezlik maydoni o'rtasida noma'lum mavjud. Bu texnik nazariyaning ko'plab yarim empirik nazariyalarining paydo bo'lishiga olib keldi; ularda o'rtacha kattaliklar uchun aniq tenglamalarni yopish uchun termodinamikada ma'lum muvozanat tuzilmalari mavjudligi haqidagi farazga asoslangan qo'shimcha taxminiy munosabatlar qo'llaniladi.
"Aralash yo'li" tushunchalaridan foydalanadigan nazariyalar - suyuqlik hajmlari o'ziga xosligini yo'qotadigan xarakterli masofa (Prandtl, 1925; Karman, 1930) - o'rtacha oqim va keng ko'lamli turbulentlik o'rtasidagi muvozanat mavjudligini taxmin qiladi va shuning uchun ular uchun qo'llaniladi. universal devor qonuni sohasi, o'ziga o'xshash oqim rejimlari va boshqalar. Sovet olimi A. N. Kolmogorov tomonidan birinchi marta taklif qilingan va E va L uchun tenglamalar yoki ularning kombinatsiyalaridan foydalangan holda ikki parametrli turbulentlik modellari deb ataladigan turli xil modifikatsiyalari keng doiraga ega. ilovalar, esa
(n)t Turbulent oqim (EL)½.
Tenglamalarni to'g'ridan-to'g'ri turbulent stresslar uchun ishlatadigan nazariyalar (masalan, I. Rott nazariyasi, 1951) pulsatsiyalarning qiymatlari va vortekslarning o'lchamlari yo'nalishi bo'yicha sezilarli darajada farq qiladigan (izotrop bo'lmagan) oqimlar uchun amal qiladi - qachon turbulent oqim jismlar atrofida oqadi, elektr va elektr ta'siri ostida o'zgaruvchan kesimdagi kanallarda oqadi. magnit kuchlar va hokazo.
Kompyuterlardan foydalangan holda yarim empirik nazariyalar ko'plab amaliy muhim texnik parametrlarni hisoblash imkonini beradi, ammo bunday nazariyalarning universalligi yo'qligi va ulardagi empirik koeffitsientlardan yoki hatto funktsiyalardan foydalanish zarurati muammolarni hal qilishda eksperimental va nazariy usullarning kombinatsiyasini talab qiladi. amaliy muammolar.

Aviatsiya: Entsiklopediya. - M.: Buyuk rus entsiklopediyasi. Bosh muharrir G.P. Svishchev. 1994 .

Boshqa lug'atlarda "turbulent oqim" nima ekanligini ko'ring:

- (lotincha turbulentus bo'ronli, tartibsiz), suyuqlik yoki gaz oqimining shakli, uning elementlari murakkab traektoriyalar bo'ylab beqaror harakatlarni amalga oshirganda, bu suyuqlik yoki gaz qatlamlari o'rtasida qizg'in aralashishga olib keladi (qarang... ... Jismoniy ensiklopediya

- (lotincha turbulentus, bo'ronli, tartibsiz) suyuqlik yoki gaz oqimi, suyuqlik zarralari murakkab traektoriyalar bo'ylab tartibsiz, xaotik harakatlarni amalga oshiradi va muhitning tezligi, harorati, bosimi va zichligi xaotikdir. ... ... Katta ensiklopedik lug'at

- (lotincha turbulentus bo'ronli, tartibsiz) suyuqlik yoki gaz oqimi, suyuqlik zarralari murakkab traektoriyalar bo'ylab tartibsiz, xaotik harakatlarni amalga oshiradi va muhitning tezligi, harorati, bosimi va zichligi boshdan kechiriladi. .. ... Zamonaviy ensiklopediya- (lotincha turbulentus bo'ronli, tartibsiz) suyuqlik yoki gaz oqimi, suyuqlik zarralari murakkab traektoriyalar bo'ylab tartibsiz, xaotik harakatlarni amalga oshiradi va muhitning tezligi, harorati, bosimi va zichligi boshdan kechiriladi. .. ... Illustrated entsiklopedik lug'at

- (lotincha turbulentus bo'ronli, tartibsiz * a. turbulent oqim; n. Wirbelstromung; f. ekoulement turbulent, ekoulement turbillonnaire; ya'ni. flujo turbulento, corriente turbulenta) suyuqlik yoki gazning harakati, uning davomida va ... .. . Geologik ensiklopediya

turbulent oqim- suv yoki havo oqimining shakli, uning zarralari murakkab traektoriyalar bo'ylab tartibsiz harakatlarni amalga oshiradi, bu esa intensiv aralashishga olib keladi. Sin.: turbulentlik… Geografiya lug'ati

TURBULENT OQIM- suyuqlik (yoki gaz) qatlamlarining intensiv aralashishiga olib keladigan, ularning kichik hajmli elementlari murakkab tasodifiy traektoriyalar bo'ylab beqaror harakatlarni amalga oshiradigan suyuqlik (yoki gaz) oqimining bir turi. T. t. natijasida paydo bo'ladi ... ... Katta politexnika entsiklopediyasi

Uzluksiz mexanika Kontinuum Klassik mexanika Massaning saqlanish qonuni Impulsning saqlanish qonuni ... Vikipediya

Turbulent oqim suyuqlik aralashishi, tezlik va bosimlarning pulsatsiyasi bilan tavsiflanadi.

Guruch. 8.1. Turbulent oqimdagi tezlik pulsatsiyasi

Tezlik ba'zi bir o'rtacha atrofida tasodifiy o'zgarib turadi v osr vaqt o'tishi bilan, bu holda bu doimiy bo'lib qoladi. Turbulent oqim har doim barqaror emas, chunki tezlik va bosim qiymatlari, shuningdek, zarrachalarning traektoriyasi vaqt o'tishi bilan o'zgaradi.

Turbulent oqimda tezliklarning taqsimlanishi bir xil bo'lib, devorda tezlikning oshishi laminar oqimga qaraganda keskinroq.

Guruch. 8.2. Laminarda tezlik profillari

va turbulent oqimlar

Turbulent oqimda oqimning qatlamlanishi yo'qligi va suyuqlikning aralashishi sodir bo'lganligi sababli, bu holda Nyutonning ishqalanish qonuni umumiy tangensial kuchlanishning faqat kichik qismini ifodalaydi.

Suyuqlikning aralashishi va ko'ndalang yo'nalishda impulsning uzluksiz o'tkazilishi tufayli kesish kuchlanishi τ 0 turbulent oqimdagi quvur devorida laminar oqimga qaraganda ancha katta. Shu munosabat bilan quvurlardagi suyuqlikning turbulent oqimida energiya yo'qotishlari ham laminar oqimdan farq qiladi.

Guruch. 8.3. ga bog'liqlik v Va Q

Turbulent oqimning murakkabligi va uni analitik o'rganishning qiyinchiliklari tufayli hozirgacha uning uchun etarlicha qat'iy va aniq nazariya mavjud emas.

Amaliy hisoblarda turbulent harakat oniy emas, balki vaqt bo'yicha o'rtacha tezliklar bilan tavsiflanadi.

bu erda T - o'rtacha interval.

Farq pulsatsiya tezligi deb ataladi.

Tezlikning pulsatsiya komponentlarini (qo'shimchalarini) baholash uchun pulsatsiya qo'shimchalarining standart og'ishiga teng standart kiritiladi.

Turbulentlik darajasi (intensivligi) - bu tezlikning pulsatsiya komponentining standart og'ishining (qo'shilishi) oqimning xarakterli tezligiga nisbati (ma'lum bir nuqtadagi o'rtacha mahalliy tezlik, vertikal o'rtacha, o'rtacha ko'rsatkich). ochiq qism, maksimal tezlikka). Odatda, xarakterli tezlik oqimning o'rtacha tezligi, ma'lum bir nuqtadagi o'rtacha mahalliy tezlik yoki dinamik tezlik sifatida qabul qilinadi.

bu erda R - gidravlik radius;

J - gidravlik qiyalik.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, turbulent harakat paytida pulsatsiyalanuvchi tezliklarni tavsiflash uchun eng umumiy natijalar dinamik tezlik tezlik shkalasi sifatida qabul qilinsa, ya'ni.

Misol tariqasida dumaloq kesmadagi to'g'ri silindrsimon trubadagi suyuqlik oqimini ko'rib chiqing (aksisimmetrik oqim). Turbulent harakat ostidagi quvurdagi oqim tuzilishi odatda taxminiy ikki qatlamli sxema (model) shaklida ifodalanadi. Qattiq devorda tezliklar, shu jumladan pulsatsiyalanuvchilar nolga teng. Qattiq devor yaqinida juda nozik bir qatlam mavjud bo'lib, unda Nyutonning yopishqoq ishqalanish qonuni bo'yicha hisoblangan tangensial kuchlanishlar ustun ta'sir ko'rsatadi. Shuning uchun ko'rib chiqilayotgan qatlam oqimning yopishqoq pastki qatlami deb ataladi.

Yopishqoq pastki qatlam ichida tezlik devordagi noldan qatlam chegarasida ma'lum bir qiymatgacha chiziqli ravishda oshadi. Ilgari, bu yupqa qatlam ichida harakat butunlay laminar, unda tezlik, bosim yoki tangensial kuchlanish pulsatsiyalari yo'qligiga ishonishgan va shuning uchun u laminar pastki qatlam (plyonka) deb nomlangan.

Quvurning qolgan kesimini turbulent oqim yadrosi egallagan deb hisoblanadi, bu yerda intensiv tezlik pulsatsiyalari va suyuqlik zarrachalarining aralashuvi sodir bo‘ladi.

Siqilmaydigan suyuqlikning turbulent beqaror harakati uchun o'rtacha tezliklar bilan ifodalangan harakat tenglamalari Reynolds tenglamalari deb ataladi va ko'rinishga ega.

X o'qiga proyeksiyada:

Reynolds tenglamasiga kiritilgan turdagi miqdorlar turbulent kuchlanishlar deyiladi. Ular bilan deformatsiya sur’atlari o‘rtasidagi bog‘liqlik turbulentlikning yarim empirik nazariyalari asosini tashkil etuvchi farazlar (M. Boussinesq gipotezasi, L. Prandtl gipotezasi, J. Teylor gipotezasi, T. Karman gipotezasi va boshqalar) asosida o‘rnatiladi. Ko'pgina hollarda quvurlardagi suyuqliklarning turbulent oqimi bilan bog'liq amaliy hisoblar uchun gidrodinamik o'xshashlik nazariyasi asosida tizimlashtirilgan eksperimental ma'lumotlardan foydalaniladi.

Dumaloq quvurlardagi turbulent oqim paytida bosim yo'qotishlarini hisoblashning asosiy formulasi Darsi-Vaysbax formulasi deb ataladigan empirik formula bo'lib, quyidagi shaklga ega:

Bu asosiy formula turbulent va laminar oqim uchun ham amal qiladi; farq faqat koeffitsient qiymatlarida yotadi .