Pohyb kapaliny pozorovaný při nízkých rychlostech, při kterém se jednotlivé proudy kapaliny pohybují rovnoběžně mezi sebou a osou proudění, se nazývá laminární proudění kapaliny.

Laminární režim pohybu v experimentech

Velmi vizuální znázornění laminárního režimu pohybu tekutiny lze získat ze zkušeností Reynoldse. Detailní popis.

Kapalné médium vytéká z nádrže průhledným potrubím a jde do odpadu přes kohout. Kapalina tedy proudí určitým malým a konstantním průtokem.

Na vstupu potrubí je instalována tenká trubka, kterou vstupuje barevné médium do střední části toku.

Když barva vstoupí do proudu kapaliny pohybující se nízkou rychlostí, červená barva se bude pohybovat v rovnoměrném proudu. Z této zkušenosti můžeme usoudit, že proudění tekutiny je vrstvené, bez míchání a vytváření víru.

Tento způsob proudění tekutiny se nazývá laminární.

Podívejme se na hlavní zákonitosti laminárního režimu s rovnoměrným pohybem dovnitř kulaté trubky, omezeno na případy, kdy je osa potrubí vodorovná.

V tomto případě budeme uvažovat již vytvořený tok, tzn. proudění v úseku, jehož začátek je umístěn od vstupního úseku potrubí ve vzdálenosti, která poskytuje konečnou stabilní formu rozložení rychlostí přes proudový úsek.

Vzhledem k tomu, že režim laminárního proudění má vrstvený (tryskový) charakter a probíhá bez mísení částic, je třeba předpokládat, že v laminárním proudění se budou vyskytovat pouze rychlosti rovnoběžné s osou potrubí, zatímco příčné rychlosti nebudou chybět.

Lze si představit, že v tomto případě je pohybující se kapalina jakoby rozdělena na nekonečně velké množství nekonečně tenkých válcových vrstev rovnoběžných s osou potrubí a pohybujících se jedna v druhé s různými rychlostmi rostoucími ve směru od potrubí. stěny k ose potrubí.

V tomto případě je rychlost ve vrstvě v přímém kontaktu se stěnami v důsledku lepivého efektu nulová a dosahuje maximální hodnota ve vrstvě pohybující se podél osy potrubí.

Vzorec laminárního toku

Převzaté pohybové schéma a výše uvedené předpoklady umožňují teoreticky stanovit zákon rozdělení rychlostí v průřezu proudění v laminárním režimu.

Za tímto účelem provedeme následující. Označme vnitřní poloměr trubky r a počátek souřadnic zvolíme ve středu jejího průřezu O, přičemž osa x směřuje podél osy trubky a osa z podél svislice.

Nyní vybereme objem kapaliny uvnitř potrubí ve tvaru válce o nějakém poloměru y o délce L a aplikujeme na něj Bernoulliho rovnici. Vzhledem k tomu, že v důsledku horizontálnosti osy potrubí je z1=z2=0, pak

kde R je hydraulický poloměr průřezu zvoleného válcového objemu = y/2

τ – jednotková třecí síla = - μ * dυ/dy

Dosazením hodnot R a τ do původní rovnice získáme

Nastavením různých hodnot souřadnice y lze vypočítat rychlosti v libovolném bodě řezu. Maximální rychlost bude samozřejmě při y=0, tzn. na ose potrubí.

Aby bylo možné tuto rovnici graficky znázornit, je nutné vykreslit rychlost v určitém měřítku z nějaké libovolné přímky AA ve formě segmentů směřujících podél proudu tekutiny a spojit konce segmentů hladkou křivkou.

Výsledná křivka bude představovat křivku rozložení rychlosti v průřezu proudění.

Zcela jinak vypadá graf změny třecí síly τ na průřezu. V laminárním režimu ve válcovém potrubí se tedy rychlosti v průřezu proudění mění podle parabolického zákona a smyková napětí se mění podle lineárního zákona.

Získané výsledky platí pro úseky potrubí s plně vyvinutým laminárním prouděním. Ve skutečnosti musí kapalina, která vstupuje do potrubí, projít určitým úsekem od vstupního úseku, než se v potrubí ustaví parabolický zákon rozdělení rychlosti odpovídající laminárnímu režimu.

Vývoj laminárního režimu v potrubí

Vývoj laminárního režimu v potrubí si lze představit následovně. Nechte například kapalinu vstoupit do potrubí z velké nádrže, jejíž okraje jsou dobře zaoblené.

V tomto případě budou rychlosti ve všech bodech vstupního průřezu prakticky stejné, až na velmi tenkou, tzv. blízkostěnnou vrstvu (vrstva u stěn), ve které se díky adhezi kapaliny ke stěnám, rychlost téměř náhle klesne na nulu. Proto může být křivka rychlosti ve vstupní části znázorněna poměrně přesně jako úsečka.

Při vzdalování se od vtoku se vlivem tření u stěn začnou vrstvy tekutiny přiléhající k mezní vrstvě zpomalovat, tloušťka této vrstvy se postupně zvětšuje a pohyb v ní se naopak zpomaluje.

Centrální část proudění (jádro proudění), dosud nezachycená třením, se dále pohybuje jako celek, přibližně stejnou rychlostí pro všechny vrstvy a zpomalení v přilehlé vrstvě nevyhnutelně způsobí zvýšení rychlost v jádru.

Uprostřed potrubí, v jádře, se tedy rychlost proudění neustále zvyšuje, zatímco u stěn, v rostoucí mezní vrstvě, klesá. To se děje tak dlouho, dokud mezní vrstva nezachytí celý průřez toku a jádro není zredukováno na nulu. Tím je tvorba proudění dokončena a křivka rychlosti nabývá obvyklého parabolického tvaru pro laminární režim.

Přechod z laminárního na turbulentní proudění

Za určitých podmínek se laminární proudění kapaliny může změnit v turbulentní. Se zvyšováním rychlosti proudění se vrstvená struktura proudění začíná hroutit, objevují se vlny a víry, jejichž šíření v proudění ukazuje na rostoucí poruchu.

Postupně se počet vírů začíná zvyšovat a zvyšuje se, dokud se pramínek nerozbije na mnoho menších proudů, které se vzájemně mísí.

Chaotický pohyb tak malých výtrysků naznačuje začátek přechodu z režimu laminárního proudění do režimu turbulentního. Se zvyšující se rychlostí ztrácí laminární proudění svou stabilitu a jakékoli náhodné drobné poruchy, které dříve způsobovaly jen malé výkyvy, se začínají rychle rozvíjet.

Video o laminárním proudění

V domácím případě lze přechod z jednoho režimu proudění do druhého sledovat na příkladu proudu kouře. Za prvé, částice se pohybují téměř paralelně po trajektoriích, které se v čase nemění. Kouř je prakticky nehybný. Postupem času se na některých místech náhle objevují velké víry, které se pohybují po chaotických trajektoriích. Tyto víry se rozpadají na menší, ty na ještě menší a tak dále. Nakonec se kouř prakticky smísí s okolním vzduchem.

Režim proudění tekutiny je chápán jako kinematika a dynamika kapalných makročástic, které společně určují strukturu a vlastnosti proudění jako celku.

Způsob pohybu je určen poměrem sil setrvačnosti a tření v proudění. Navíc tyto síly vždy působí na kapalné makročástice, když se pohybují jako součást proudění. I když tento pohyb může být způsoben různými vnějšími silami, jako jsou gravitace a tlakové síly. Poměr těchto sil odráží , což je kritérium pro režim proudění tekutiny.

Při nízkých rychlostech částic tekutiny v proudění převládají třecí síly a Reynoldsova čísla jsou malá. Takovému pohybu se říká laminární.

Při vysokých rychlostech pohybu částic tekutiny v proudění jsou Reynoldsova čísla velká, pak v proudění převládají setrvačné síly a tyto síly určují kinematiku a dynamiku částic, tento mód se nazývá turbulentní

A pokud jsou tyto síly stejného řádu (souměrné), pak se taková oblast nazývá - oblast prokládání.

Typ režimu do značné míry ovlivňuje procesy probíhající v toku, a tedy i vypočítané závislosti.

Schéma instalace pro ilustraci režimů proudění kapaliny je znázorněno na obrázku.

Kapalina z nádrže průhledným potrubím přes kohout vstupuje do odtoku. Na vstupu do potrubí je instalována tenká trubka, kterou barvivo vstupuje do centrální části toku.

Pokud mírně pootevřete kohoutek, kapalina začne proudit potrubím nízkou rychlostí. Zavedením barviva do proudu bude možné vidět, jak proudí proud barviva ve formě čáry od začátku potrubí k jeho konci. To ukazuje na vrstvené proudění kapaliny bez míchání a vytváření vírů a převahu setrvačných sil v proudění.

Tento režim proudění se nazývá laminární.

Laminární proudění - vrstvené proudění tekutiny bez promíchávání částic, bez pulsace rychlostí a tlaků, bez míchání vrstev a vírů.

Při laminárním proudění jsou proudnice rovnoběžné s osou potrubí, tzn. neexistuje žádný pohyb napříč k toku tekutiny.

Turbulentní režim proudění

Se zvýšením průtoku potrubím v uvažovaném zařízení se zvýší rychlost pohybu kapalných částic. Proud barvicí kapaliny začne oscilovat.

Pokud ventil otevřete více, zvýší se průtok potrubím.

Proud barvicí kapaliny se začne mísit s hlavním proudem, budou patrné četné zóny tvorby víru a míchání, v proudu budou převládat setrvačné síly. Tento režim proudění se nazývá turbulentní.

Turbulentní režim - proudění doprovázené intenzivním promícháváním, posunem vrstev vůči sobě a kolísáním rychlostí a tlaků.

V turbulentním proudění mají vektory rychlosti nejen axiální, ale také složky kolmé k ose kanálu.

Co určuje způsob proudění tekutiny

Režim proudění závisí na rychlosti částic tekutiny v potrubí, geometrii potrubí.

Jak bylo uvedeno dříve, způsob proudění tekutiny v potrubí nám umožňuje posoudit Reynoldsovo kritérium, odrážející poměr setrvačných sil k viskózním třecím silám.

• Při číslech Reidolds pod 2300 se dá mluvit o laminární pohyb částic (některé zdroje uvádějí číslo 2000)
• Pokud je Reynoldsovo kritérium větší než 4000, pak režim průtoku je turbulentní
• Reidnoldsova čísla od 2300 do 4000 ukazují přechodový režim proudění tekutin

) se pohybuje jakoby ve vrstvách rovnoběžných se směrem proudění. L. t. se pozoruje buď ve velmi viskózních kapalinách, nebo v proudění probíhajících při dostatečně nízkých rychlostech, jakož i v případě pomalého proudění tekutiny kolem těles malých rozměrů. Zejména L. t. probíhají v úzkých (kapilárních) trubicích, v mazací vrstvě v ložiskách, v tenké mezní vrstvě, která se tvoří v blízkosti povrchu těles, když kolem nich proudí kapalina nebo plyn atd. S nárůstem rychlost pohybu dané tekutiny, L. t. v určitém okamžiku přechází do . Zároveň se výrazně mění všechny jeho vlastnosti, zejména struktura proudění, rychlostní profil a zákon odporu. Režim proudění tekutiny je charakterizován Reynoldsovým číslem Re. Když je hodnota Re menší než kritická čísla Rekr, L. t. kapalina se koná; pokud Re > Recr, proudění se stává turbulentním. Hodnota Recr závisí na typu uvažovaného průtoku. Takže pro průtok v kulatém potrubí ReKp » 2300 (pokud je charakteristická rychlost považována za průměr na úseku a charakteristická velikost je průměr trubky). Na Recr

Fyzický encyklopedický slovník. - M.: Sovětská encyklopedie. Hlavní editor A. M. Prochorov. 1983 .

LAMINÁRNÍ PROUDĚNÍ

(z lat. lamina - deska) - uspořádaný režim proudění viskózní kapaliny (nebo plynu), vyznačující se absencí míšení mezi sousedními vrstvami kapaliny. Podmínky, za kterých je stabilní, tj. neporušený náhodnými poruchami, lineární t. Reynoldsova čísla Re. Pro každý typ toku existuje takové číslo R e Kr, naz. nižší kritické Reynoldsovo číslo, které pro všechny Re L. t. je stabilní a prakticky se provádí; význam R e cr se obvykle stanovuje experimentálně. V R e> R e kr, vezmeme-li speciální, aby se zabránilo náhodným poruchám, lze také získat L. t., ale nebude stabilní, a když nastanou poruchy, přejde do neuspořádaného stavu. turbulentní proudění. Teoreticky jsou L. t. studovány pomocí Navierovy - Stokesovy rovnice pohyb viskózní tekutiny. Přesná řešení těchto rovnic lze získat pouze v několika speciálních případech a obvykle se při řešení konkrétních problémů používá jedna nebo druhá přibližná metoda.

Představa o vlastnostech lineárního t. trubka. Pro tento proud R e Kr 2200, kde Re= ( - průměrný průtok kapaliny, d- průměr trubky, - kinematický součinitel viskozita, - dynamická. součinitel viskozita, je hustota kapaliny). Prakticky stabilní L. t. tedy může probíhat buď při relativně pomalém proudění dostatečně viskózní kapaliny, nebo ve velmi tenkých (kapilárních) trubičkách. Například pro vodu (\u003d 10 -6 m 2 / s při 20 ° C), stabilní L. t. s \u003d 1 m / s je možné pouze v trubkách o průměru ne větším než 2,2 mm.

Při lineárním t. v nekonečně dlouhém potrubí se rychlost v kterémkoli úseku potrubí mění podle zákona - (1 - - r 2 /A 2), kde a - poloměr potrubí, r- vzdálenost od osy, - axiální (číselně maximální) rychlost proudění; odpovídající parabolické. rychlostní profil je znázorněn na Obr. A. Třecí napětí se mění podél poloměru podle lineárního zákona kde = je třecí napětí na stěně trubky. K překonání sil viskózního tření v potrubí při rovnoměrném pohybu musí dojít k podélnému poklesu tlaku, obvykle vyjádřenému rovností P 1-P 2 kde p1 a p 2 - tlak v k.-n. dva příčné řezy ve vzdálenosti l od sebe navzájem, - koeficient. odpor, v závislosti na pro L. t. . Druhá kapalina v potrubí při L. t. určuje Poiseuilleho zákon. U trubek konečné délky se popsaná lineární t. neustanoví hned a na začátku trubky je t. zv. vstupní úsek, na kterém se rychlostní profil postupně přeměňuje na parabolický. Přibližná délka vstupní prostor

Rozložení rychlosti v potrubí: A- s laminárním prouděním; b- v turbulentním proudění.

Když se proudění stane turbulentním, struktura proudění a rychlostní profil se výrazně změní (obr. 6 ) a zákon odporu, tj. závislosti na Re(cm. hydrodynamický odpor).

Kromě trubek probíhá L. t. v mazací vrstvě v ložiscích, v blízkosti povrchu těles proudněných nízkoviskózní kapalinou (viz. mezní vrstva) když kolem malých těles pomalu obtéká velmi viskózní tekutina (viz zejména Stokesův vzorec). Teorie lineárního t. chemie.

lit.: Landau L.D., Lifshitz E.M., Mechanika médií kontinua, 2. vyd., M., 1954; Loitsyansky L.G., Mechanika kapaliny a plynu, 6. vydání, M., 1987; Targ S. M., Základní problémy teorie laminárního proudění, M.-L., 1951; Slezkin N. A., Dynamika viskózní nestlačitelné tekutiny, M., 1955, kap. 4-11. S. M. Targ.

Fyzická encyklopedie. V 5 svazcích. - M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988 .

Podívejte se, co je "LAMINAR FLOW" v jiných slovnících:

Moderní encyklopedie

laminární proudění- (z lat. lamina deska, pás), uspořádané proudění kapaliny nebo plynu, při kterém se kapalina (plyn) pohybuje jakoby ve vrstvách rovnoběžných se směrem proudění. Laminární tok je pozorován buď u toků vyskytujících se s ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

- (z lat. lamina plate strip), proudění, ve kterém se kapalina (nebo plyn) pohybuje ve vrstvách bez míchání. Existence laminárního proudění je možná jen do určité, tkzv. kritické, Reynoldsovo číslo Recr. S Reem…… Velký encyklopedický slovník

- (z lat. lamina plate, strip * a. laminární proudění; n. Laminarstromung, laminare Stromung; f. ecoulement laminaire, courant laminaire; i. corriente laminar, torrente laminar) uspořádané proudění kapaliny nebo plynu, s kapalinou . ... ... Geologická encyklopedie

- (z latinského lamina plate, pás) viskózní kapalinový tok, ve kterém se částice média pohybují uspořádaně vrstvami a na molekulární úrovni probíhají procesy přenosu hmoty, hybnosti a energie mezi vrstvami. Typický příklad L. t....... Encyklopedie techniky

LAMINAR FLOW, ustálený tok kapaliny nebo plynu bez míchání. Kapalina nebo plyn se pohybují ve vrstvách, které po sobě kloužou. Jak se zvyšuje rychlost vrstev nebo jak klesá viskozita... ... Vědeckotechnický encyklopedický slovník - pohyb viskózní kapaliny (nebo plynu), při kterém se kapalina (nebo plyn) pohybuje v samostatných rovnoběžných vrstvách bez turbulence a vzájemného míšení (na rozdíl od turbulentního (viz)). V důsledku toho (například v potrubí) mají tyto vrstvy ... ... Velká polytechnická encyklopedie

laminární proudění- Klidný, uspořádaný pohyb vody nebo vzduchu pohybujícího se paralelně se směrem proudění, na rozdíl od turbulentního proudění ... Zeměpisný slovník

Fotografie laminárního proudění

laminární proudění- klidné proudění kapaliny nebo plynu bez míchání. Kapalina nebo plyn se pohybují ve vrstvách, které po sobě kloužou. Jak se zvyšuje rychlost vrstev, nebo jak klesá viskozita tekutiny laminární proudění přechází v turbulentní. Pro každou kapalinu nebo plyn se tento bod vyskytuje na určitém Reynoldsově čísle.

Popis

Laminární proudění lze pozorovat buď ve velmi viskózních kapalinách, nebo v proudech, které se vyskytují při dostatečně nízkých rychlostech, stejně jako v případě pomalého proudění tekutiny kolem malých těles. Zejména laminární proudění probíhá v úzkých (kapilárních) trubicích, v mazací vrstvě v ložiskách, v tenké mezní vrstvě, která se tvoří v blízkosti povrchu těles, když kolem nich proudí kapalina nebo plyn atd. S nárůstem rychlosti této kapaliny může laminární proudění v určité chvíli přejít do neuspořádaného turbulentního proudění. V tomto případě se síla odporu vůči pohybu prudce mění. Režim proudění tekutiny je charakterizován tzv. Reynoldsovým číslem (Re).

Když hodnota Re méně než určité kritické číslo Re kp dochází k laminárnímu proudění tekutiny; pokud Re > Re kp , režim proudění se může stát turbulentním . Hodnota Re cr závisí na typu uvažovaného průtoku. Takže pro proudění v kulatých potrubích Recr ≈ 2200 (pokud charakteristická rychlost je průměrná rychlost v průřezu a charakteristická velikost je průměr potrubí). Proto pro Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Distribuce rychlosti

Profil průměrování rychlosti:
a - laminární proudění
b - turbulentní proudění

Při laminárním proudění v nekonečně dlouhém potrubí se rychlost v kterémkoli úseku potrubí mění podle V-V zákon 0 (1 - r 2 /a 2 ), kde A - poloměr potrubí, r - vzdálenost od osy, V 0 \u003d 2V sr - axiální (číselně maximální) rychlost proudění; odpovídající parabolický rychlostní profil je znázorněn na Obr. A.

Třecí napětí se mění podél poloměru podle lineárního zákona τ=τ w r/a kde τ w = 4μVav/a - třecí napětí na stěně potrubí.

K překonání sil viskózního tření v potrubí při rovnoměrném pohybu musí dojít k podélnému poklesu tlaku, obvykle vyjádřenému rovností P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2/2 kde P1 a P2 - tlak v k.-n. dva příčné řezy ve vzdálenosti l od sebe navzájem λ - koeficient odpor v závislosti na Re pro laminární proudění A = 64/Re .

Studium vlastností proudění kapalin a plynů je velmi důležité pro průmysl a veřejné služby. Laminární a turbulentní proudění ovlivňuje rychlost přepravy vody, ropy, zemní plyn potrubí pro různé účely, ovlivňuje další parametry. Těmito problémy se zabývá nauka hydrodynamika.

Klasifikace

Ve vědecké komunitě jsou režimy proudění kapalin a plynů rozděleny do dvou zcela odlišných tříd:

• laminární (tryskový);
• turbulentní.

Existuje také přechodná fáze. Mimochodem, pojem "kapalina" má široký význam: může být nestlačitelný (ve skutečnosti jde o kapalinu), stlačitelný (plyn), vodivý atd.

Pozadí

I Mendělejev v roce 1880 vyjádřil myšlenku existence dvou protikladných režimů proudů. Britský fyzik a inženýr Osborne Reynolds studoval tento problém podrobněji a dokončil svůj výzkum v roce 1883. Nejprve prakticky a poté pomocí vzorců zjistil, že při nízké rychlosti proudění získává pohyb kapalin laminární tvar: vrstvy (toky částic) se téměř nemísí a pohybují se po paralelních trajektoriích. Nicméně po překonání určité kritické hodnoty (např různé podmínky je to jiné), nazývané Reynoldsovo číslo, mění se režimy proudění tekutiny: tryskový proud se stává chaotickým, vírovým – tedy turbulentním. Jak se ukázalo, tyto parametry jsou do jisté míry charakteristické i pro plyny.

Praktické výpočty anglického vědce ukázaly, že chování například vody silně závisí na tvaru a velikosti nádrže (potrubí, kanálku, kapiláry atd.), kterou protéká. U trubek s kruhovým průřezem (takové se používají pro instalaci tlakových potrubí) je jejich Reynoldsovo číslo - vzorec je popsán takto: Re \u003d 2300. Pro proudění podél otevřeného kanálu je to jiné: Re \u003d 900 Při nižších hodnotách Re bude proudění uspořádané, při velkém - chaotické.

laminární proudění

Rozdíl mezi laminárním prouděním a turbulentním prouděním je v charakteru a směru proudění vody (plynu). Pohybují se ve vrstvách bez míchání a bez pulzací. Jinými slovy, pohyb je rovnoměrný, bez nepravidelných skoků v tlaku, směru a rychlosti.

Laminární proudění kapaliny vzniká např. v úzkých živých bytostech, kapilárách rostlin a za srovnatelných podmínek při proudění velmi viskózních kapalin (topný olej potrubím). Abyste jasně viděli tryskový proud, stačí mírně otevřít vodovodní kohoutek- voda poteče klidně, rovnoměrně, bez míchání. Pokud je kohoutek vypnutý až do konce, tlak v systému se zvýší a průtok se stane chaotickým.

turbulentní proudění

Na rozdíl od laminárního proudění, ve kterém se blízké částice pohybují po téměř rovnoběžných trajektoriích, je turbulentní proudění tekutiny neuspořádané. Pokud použijeme Lagrangeův přístup, pak se trajektorie částic mohou libovolně protínat a chovat se značně nepředvídatelně. Pohyby kapalin a plynů za těchto podmínek jsou vždy nestabilní a parametry této nestability mohou mít velmi široký rozsah.

Jak se laminární proudění plynu mění v turbulentní, lze vysledovat na příkladu obláčky kouře z hořící cigarety v klidném vzduchu. Zpočátku se částice pohybují téměř paralelně po trajektoriích, které se v čase nemění. Zdá se, že kouř je klidný. Pak se na nějakém místě náhle objeví velké víry, které se pohybují zcela náhodně. Tyto víry se rozpadají na menší, ty na ještě menší a tak dále. Nakonec se kouř prakticky smísí s okolním vzduchem.

Cykly turbulence

Výše uvedený příklad je učebnicový a z jeho pozorování vědci vyvodili následující závěry:

1. Laminární a turbulentní proudění má pravděpodobnostní povahu: k přechodu z jednoho režimu do druhého nedochází na přesně určeném místě, ale na dosti libovolném, náhodném místě.
2. Nejprve se objeví velké víry, jejichž velikost je větší než velikost oblaku kouře. Pohyb se stává nestabilním a silně anizotropním. Velké toky ztrácejí stabilitu a rozpadají se na menší a menší. Vzniká tak celá hierarchie vírů. Energie jejich pohybu se přenáší z velké na malou a na konci tohoto procesu mizí – na malých měřítcích dochází k disipaci energie.
3. Režim turbulentního proudění má náhodný charakter: ten či onen vír může být na zcela libovolném, nepředvídatelném místě.
4. K míšení kouře s okolním vzduchem v laminárním režimu prakticky nedochází a v turbulentním režimu je velmi intenzivní.
5. Navzdory tomu, že okrajové podmínky jsou stacionární, samotná turbulence má výrazný nestacionární charakter - všechny plynodynamické parametry se mění s časem.

Je tu ještě jeden důležitý majetek turbulence: je vždy trojrozměrná. I když uvažujeme jednorozměrné proudění v potrubí nebo dvourozměrnou mezní vrstvu, pohyb turbulentních vírů stále probíhá ve směrech všech tří souřadnicových os.

Reynoldsovo číslo: vzorec

Přechod z laminárního na turbulentní charakterizuje takzvané kritické Reynoldsovo číslo:

Re cr = (ρuL/µ) cr,

kde ρ je hustota toku, u je charakteristická rychlost toku; L je charakteristická velikost průtoku, µ je koeficient cr je průtok potrubím s kruhovým průřezem.

Například pro proudění s rychlostí u v potrubí se Osborne Reynolds používá jako L a ukázal, že v tomto případě 2300

Podobný výsledek je získán v mezní vrstvě na desce. Jako charakteristický rozměr se bere vzdálenost od přední hrany desky a pak: 3 × 10 5

Koncept poruchy rychlosti

Laminární a turbulentní proudění tekutiny, a tedy i kritická hodnota Reynoldsova čísla (Re) závisí na větším počtu faktorů: na tlakovém gradientu, výšce nerovností, intenzitě turbulence ve vnějším proudění. , teplotní rozdíl atd. Pro usnadnění se tyto celkové faktory také nazývají porucha rychlosti , protože mají určitý vliv na průtok. Pokud je tato porucha malá, může být uhasena viskózními silami, které mají tendenci vyrovnávat rychlostní pole. Při velkých poruchách může proudění ztratit stabilitu a dochází k turbulenci.

Vzhledem k tomu, že fyzikální význam Reynoldsova čísla je poměr setrvačných a viskózních sil, spadá porucha toků do vzorce:

Re = ρuL/µ = ρu2/(µx(u/L)).

Čitatel obsahuje dvojnásobek rychlosti a jmenovatel je hodnota, která je v řádu třecího napětí, pokud je tloušťka mezní vrstvy brána jako L. Rychlostní tlak má tendenci zničit rovnováhu a působit proti tomu. Není však jasné, proč (nebo rychlostní hlava) vedou ke změnám pouze tehdy, když jsou 1000krát větší než viskózní síly.

Výpočty a fakta

Asi by bylo vhodnější použít jako charakteristickou rychlost v Re cr nikoli absolutní rychlost proudění u, ale poruchu rychlosti. V tomto případě bude kritické Reynoldsovo číslo asi 10, to znamená, že když porucha rychlosti hlavy 5krát překročí viskózní napětí, laminární proudění tekutiny přejde do turbulentního. Tato definice Re, podle názoru řady vědců, dobře vysvětluje následující experimentálně potvrzená fakta.

Pro ideálně rovnoměrný rychlostní profil na ideálně hladkém povrchu má tradičně stanovený počet Re cr sklon k nekonečnu, tj. ve skutečnosti není pozorován žádný přechod k turbulenci. Ale Reynoldsovo číslo, určené velikostí poruchy rychlosti, je menší než kritické číslo, které je 10.

V přítomnosti umělých turbulátorů, které způsobují nárůst rychlosti srovnatelný s hlavní rychlostí, se proudění stává turbulentním při mnohem nižších hodnotách Reynoldsova čísla než Re cr, určených z absolutní hodnoty rychlosti. To umožňuje použít hodnotu součinitele Re cr = 10, kde se jako charakteristická rychlost použije absolutní hodnota poruchy rychlosti způsobené výše uvedenými důvody.

Stabilita režimu laminárního proudění v potrubí

Laminární a turbulentní proudění je charakteristické pro všechny druhy kapalin a plynů za různých podmínek. V přírodě je laminární proudění vzácné a je typické například pro úzké podzemní proudění v rovinatých podmínkách. Vědci se touto problematikou mnohem více zabývají v kontextu praktické aplikace pro přepravu vody, ropy, plynu a dalších technických kapalin potrubím.

Otázka stability laminárního proudění úzce souvisí se studiem rušeného pohybu hlavního proudění. Je zjištěno, že je vystaven vlivu tzv. malých poruch. V závislosti na tom, zda časem slábnou nebo rostou, je hlavní proud považován za stabilní nebo nestabilní.

Proudění stlačitelných a nestlačitelných tekutin

Jedním z faktorů ovlivňujících laminární a turbulentní proudění tekutiny je její stlačitelnost. Tato vlastnost tekutiny je zvláště důležitá při studiu stability nestacionárních procesů s rychlou změnou hlavního proudění.

Studie ukazují, že laminární proudění nestlačitelné tekutiny ve válcových trubkách je odolné vůči relativně malým osově symetrickým a nesymetrickým poruchám v čase a prostoru.

V poslední době byly provedeny výpočty vlivu osově symetrických poruch na stabilitu proudění ve vstupní části válcového potrubí, kde hlavní proudění závisí na dvou souřadnicích. V tomto případě je souřadnice podél osy potrubí považována za parametr, na kterém závisí profil rychlosti podél poloměru hlavního průtokového potrubí.

Závěr

I přes staletí studia nelze říci, že by bylo důkladně prozkoumáno jak laminární, tak turbulentní proudění. Experimentální studie na mikroúrovni vyvolávají nové otázky, které vyžadují odůvodněné zdůvodnění výpočtu. Povaha výzkumu má také praktické využití: ve světě byly položeny tisíce kilometrů potrubí pro vodu, ropu, plyn, produkty. Čím více technických řešení pro snížení turbulencí během přepravy bude zavedeno, tím bude efektivnější.