przepływ laminarny i turbulentny

cechy przepływu laminarnego i turbulentnego są bardzo różne. Aby zrozumieć, dlaczego przepływ turbulentny lub laminarny jest pożądany w działaniu określonego systemu, konieczne jest zrozumienie cech przepływu laminarnego i turbulentnego.,

reżimy przepływu

wszystkie przepływy cieczy są klasyfikowane do jednej z dwóch szerokich kategorii lub reżimów. Te dwa systemy przepływu to przepływ laminarny i przepływ turbulentny. System przepływu, laminarny lub turbulentny, jest ważny w projektowaniu i działaniu każdego układu płynów. Ilość tarcia płynu, która określa ilość energii potrzebnej do utrzymania pożądanego przepływu, zależy od sposobu przepływu. Jest to również ważne w niektórych zastosowaniach, które wymagają wymiany ciepła do płynu.,

przepływ laminarny

przepływ laminarny jest również określany jako przepływ strumieniowy lub lepki. Pojęcia te opisują przepływ, ponieważ w przepływie laminarnym (1) warstwy wody przepływające nad sobą z różnymi prędkościami, praktycznie bez mieszania między warstwami, (2) cząstki płynu poruszają się po określonych i obserwowalnych ścieżkach lub strumieniach, oraz (3) przepływ jest charakterystyczny dla lepkiego (grubego) płynu lub jest taki, w którym lepkość płynu odgrywa znaczącą rolę.

przepływ turbulentny

przepływ turbulentny charakteryzuje się nieregularnym ruchem cząstek płynu., Nie ma określonej częstotliwości, jak w ruchu falowym. Cząstki poruszają się nieregularnymi ścieżkami bez obserwowalnego wzoru i bez określonych warstw.

profile prędkości przepływu

nie wszystkie cząstki płynu poruszają się z tą samą prędkością w rurze. Kształt krzywej prędkości (profil prędkości na dowolnym odcinku rury) zależy od tego, czy przepływ jest laminarny czy turbulentny. Jeśli przepływ w rurze jest laminarny, rozkład prędkości na przekroju będzie miał kształt paraboliczny, a maksymalna prędkość w centrum będzie około dwukrotnie większa od średniej prędkości w rurze., W przepływie turbulentnym występuje dość płaski rozkład prędkości na przekroju rury, w wyniku czego cały płyn przepływa z daną pojedynczą wartością. Rysunek 5 pomaga zilustrować powyższe pomysły. Prędkość cieczy w kontakcie ze ścianą rury jest zasadniczo zerowa i zwiększa się im dalej od ściany.

Na Rysunku 5 Należy zauważyć, że profil prędkości zależy od stanu powierzchni ścianki rury., Gładsza ściana powoduje bardziej jednolity profil prędkości niż szorstka ściana rury.

Średnia (masowa) prędkość

w wielu problemach z przepływem płynów, zamiast określania dokładnych prędkości w różnych miejscach w tym samym przekroju przepływu, wystarczy, aby pojedyncza średnia prędkość reprezentowała prędkość wszystkich płynów w tym punkcie rury. Jest to dość proste dla przepływu turbulentnego, ponieważ profil prędkości jest płaski na większości przekroju rury. Rozsądne jest założenie, że średnia prędkość jest taka sama jak prędkość w środku rury.,

jeśli reżim przepływu jest laminarny( profil prędkości jest paraboliczny), nadal istnieje problem przedstawiania „średniej” prędkości w dowolnym przekroju poprzecznym, ponieważ średnia wartość jest używana w równaniach przepływu płynu. Technicznie rzecz biorąc, odbywa się to za pomocą rachunku całkowego. W praktyce uczeń powinien używać średniej wartości, która stanowi połowę wartości linii środkowej.

lepkość

lepkość jest właściwością płynu, która mierzy opór płynu na odkształcenie z powodu siły ścinającej., Lepkość to wewnętrzne tarcie płynu, które sprawia, że jest odporne na przepływanie przez stałą powierzchnię lub inne warstwy płynu. Lepkość może być również uważana za miarę odporności płynu na przepływ. Gęsty olej ma wysoką lepkość; woda ma niską lepkość. Jednostką miary lepkości bezwzględnej jest:

lepkość płynu jest zwykle znacząco zależna od temperatury płynu i stosunkowo niezależna od ciśnienia., W przypadku większości płynów, wraz ze wzrostem temperatury płynu, lepkość płynu maleje. Przykładem tego może być olej smarowy silników. Gdy silnik i jego olej smarowy są zimne, olej jest bardzo lepki lub gruby. Po uruchomieniu silnika i wzroście temperatury oleju smarowego lepkość oleju znacznie spada, a olej wydaje się znacznie cieńszy.

płyn idealny

płyn idealny to taki, który jest niezrozumiały i nie ma lepkości., Płyny idealne w rzeczywistości nie istnieją, ale czasami warto rozważyć, co stanie się z płynem idealnym w konkretnym problemie przepływu płynu w celu uproszczenia problemu.

Liczba Reynoldsa

reżim przepływu (laminarny lub turbulentny) określa się poprzez ocenę liczby Reynoldsa przepływu (patrz rysunek 5). Liczba Reynoldsa, oparta na badaniach Osborna Reynoldsa, jest bezwymiarową liczbą składającą się z fizycznych właściwości przepływu. Równanie 3-7 służy do obliczenia liczby Reynoldsa (NR) dla przepływu płynu.,

gdzie:

dla celów praktycznych, jeśli liczba Reynoldsa jest mniejsza niż 2000, przepływ jest laminarny. Jeśli jest większa niż 3500, przepływ jest turbulentny. Przepływy o liczbie Reynoldsa między 2000 a 3500 są czasami określane jako przepływy przejściowe. Większość układów fluidalnych w obiektach jądrowych pracuje z przepływem turbulentnym. Liczby Reynoldsa można wygodnie określić za pomocą wykresu Moody ' ego, którego przykład przedstawiono poniżej. Dodatkowe szczegóły dotyczące wykorzystania wykresu Moody ' ego przedstawiono w kolejnym tekście.,