Mitä eroa on epävakaalla tai epävakaalla nestevirtauksella ja nesteen pyörteisellä virtauksella?


Vastaus 1:

Upea kysymys. Seuraava kuvaus on tosin yksinkertaistettu selitys erittäin monimutkaisesta ja monimutkaisesta aiheesta; ja sellainen, joka on aika palkitsevaa syventävälle tutkimukselle.

Puhuttaessa virtaustyypeistä fluididynamiikot viittaavat yleisesti virtausjärjestelmiin. Voidaan ajatella virtausmenetelmää yleisenä virtaustyyppinä, jolla on yleiset ominaisuudet ja matemaattiset kuvaukset kaikissa erityisissä suoritusmuodoissa. Kaksi yleisintä virtausjärjestelmää ovat laminaarivirta ja turbulentti virtaus. Yleisesti ottaen laminaarivirtaukset näyttävät tasaisilta ja sileiltä, ​​kun taas turbulentit virtaukset vaikuttavat epävakailta, pyörteisiltä ja epäjaksoisilta.

Osborne Reynolds johti 1800-luvun lopulla joihinkin ensimmäisistä tieteellisistä tutkimuksista näiden kahden tyyppisten virtausten erojen ja syiden välillä, joka huipentui hänen tutkielmaansa aiheesta "Kokoonpuristamattomien viskoosisten nesteiden ja perusteen määrittäminen ".

Hänen tutkimuksissaan ja aikaisemmissa George Stokesin tutkimuksissa saatiin dimensioittumattoman luvun määritelmä, joka on erittäin menestyksekkäästi korreloitu siihen, onko virtaus laminaarinen vai turbulentti. Reynoldsin luku ilmaisee inertiaalisen resistanssin suhteen viskoosiseen resistenssiin juoksevan nesteen suhteen. .

Näiden ja muiden seurattavien tutkimusten kautta tuli vakiintuneeksi, että osittain alhaisen Reynoldsin # määrittelemät virtaukset osoittivat laminaarivirtausta, kun taas Reynoldsin korkean # määrittelemät virtaukset näyttivät turbulenssia käyttäytymistä. Alla olevasta kuvasta voidaan nähdä esimerkki tästä riippuvuudesta virtaamiseksi kaksiulotteisen sylinterin ohi.

Phyiscs.info: n kautta

Ennen kuin pääsemme siihen, mitä tapahtuu sillä harmaalla alueella laminaaristen ja turbulenttien virtausten välillä, joita yleisesti kutsutaan laminaariturbulentiksi siirtymäksi, meidän on virallisesti määriteltävä "epävakaa virtaus". Epävakaa virtaus on mikä tahansa virtaus, jolla on riippuvuus ajasta. Matemaattisesti puhuen, epävakaat virtaukset ovat niitä, joissa nopeuskentän osittainen johdannainen suhteessa aikaan Navier-Stokesin yhtälöissä alla ei ole yhtä suuri kuin nolla:

Laminaarivirtauksissa tämä johdannainen on yhtä suuri kuin nolla ja virtaus on tasainen.

Missä tahansa erityisessä virtausesimerkissä siirtyminen laminaarista turbulenttiin virtaukseen voi tapahtua monilla Reynolds-lukualueilla, mutta mukavuuden vuoksi pidämme kiinni kaksiulotteisesta sylinteriesimerkistä. Reynoldsin numeroissa 100–1000 alkamme nähdä muutoksia virtauskäyttäytymisessä. Ensin virtaus erottuu sylinteristä muodostaen kierrättäviä pyörreitä sylinterin alavirran puolelle. Kun Reynoldsin # lukumäärä kasvaa edelleen, nämä pyörteet irtoavat ja muodostavat jaksollisen virtaustilan, joka tunnetaan jäljempänä visualisoituna von Karman-pyörrekatu.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Kuten lukija voi nähdä, tämä virtaus on ilmeisesti epävakaa, koska se on jaksollinen, mutta se ei ole myöskään turbulentti. Tällainen jaksollinen virtaus on yksi vaihe, joka nähdään usein siirtymisessä laminaarisesta virtaan turbulenttiin virtaukseen, joka on erityisen monimutkainen prosessi, jota ei tällä hetkellä ymmärretä täysin. On selvää, että siirtymävirroilla on ominaispiirteitä, kuten tässä kuvataan, ja ne ovat todennäköisesti seurausta Navier-Stokesin yhtälöiden epävakaudesta ja niiden käyttäytymisestä kaoottisena, epälineaarisena, dynaamisena järjestelmänä. Jopa yksinkertaisten dynaamisten järjestelmien tiedetään käyvän läpi siirtymät aikavakaasta epävakaaseen käyttäytymiseen, mikä muistuttaa huomattavasti todellista nestevirtauksen siirtymäkäyttäytymistä. David Ruellen ja Floris Takensin työ on tunnetuin yritys tällaiseen matemaattiseen kuvaukseen kaoottisesta reitistä turbulenssi.


Vastaus 2:

Mieti esimerkkiä: Virtaus pyöreässä putkessa. Tarkastellaan nopeuden (u) x-komponenttia pisteessä P (sanotaan)

Epävakaa virtaus (kuten nimi itse viittaa) on virtaus, jonka ominaisuudet vaihtelevat suhteessa aikaan. Ja tasainen virtaus on virtaus, jonka ominaisuudet eivät muutu p.aikana.

laminaarivirtaus voi olla joko tasainen (kuva A) tai epävakaa (kuva B)

Tarkkaan ottaen, turbulentti virtaus on aina luonnostaan ​​epävakaa (kuvio C), koska siihen liittyy nestevirtausominaisuuksien satunnaisia ​​epäsäännöllisiä nopeita variaatioita suhteessa aikaan inertiaalisten häiritsevien voimien takia.

Mutta turbulenssivirtauksia voidaan kuitenkin pitää tilastollisesti tasaisena turbulenttina virtauksena (vain tilastollisessa mielessä, että keskimääräiset virtauspiirteet eivät muutu ajan myötä) ja tilastollisesti epävakaana pyöreänä virtauksena (keskimääräiset virtausominaisuudet vaihtelevat ajan myötä), katso kuva Vaikka turbulentti virtaus on luonnostaan ​​satunnaista ja epävakaa, keskimääräinen virtaus voi olla tasainen tai epävakaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että turbulentti virtaus on luonnostaan ​​epävakaa virtaus, mutta tilastollisessa mielessä sitä voidaan pitää joko tasaisena tai epävakaana.

Toivottavasti tämä auttaa!!!


Vastaus 3:

Mieti esimerkkiä: Virtaus pyöreässä putkessa. Tarkastellaan nopeuden (u) x-komponenttia pisteessä P (sanotaan)

Epävakaa virtaus (kuten nimi itse viittaa) on virtaus, jonka ominaisuudet vaihtelevat suhteessa aikaan. Ja tasainen virtaus on virtaus, jonka ominaisuudet eivät muutu p.aikana.

laminaarivirtaus voi olla joko tasainen (kuva A) tai epävakaa (kuva B)

Tarkkaan ottaen, turbulentti virtaus on aina luonnostaan ​​epävakaa (kuvio C), koska siihen liittyy nestevirtausominaisuuksien satunnaisia ​​epäsäännöllisiä nopeita variaatioita suhteessa aikaan inertiaalisten häiritsevien voimien takia.

Mutta turbulenssivirtauksia voidaan kuitenkin pitää tilastollisesti tasaisena turbulenttina virtauksena (vain tilastollisessa mielessä, että keskimääräiset virtauspiirteet eivät muutu ajan myötä) ja tilastollisesti epävakaana pyöreänä virtauksena (keskimääräiset virtausominaisuudet vaihtelevat ajan myötä), katso kuva Vaikka turbulentti virtaus on luonnostaan ​​satunnaista ja epävakaa, keskimääräinen virtaus voi olla tasainen tai epävakaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että turbulentti virtaus on luonnostaan ​​epävakaa virtaus, mutta tilastollisessa mielessä sitä voidaan pitää joko tasaisena tai epävakaana.

Toivottavasti tämä auttaa!!!


Vastaus 4:

Mieti esimerkkiä: Virtaus pyöreässä putkessa. Tarkastellaan nopeuden (u) x-komponenttia pisteessä P (sanotaan)

Epävakaa virtaus (kuten nimi itse viittaa) on virtaus, jonka ominaisuudet vaihtelevat suhteessa aikaan. Ja tasainen virtaus on virtaus, jonka ominaisuudet eivät muutu p.aikana.

laminaarivirtaus voi olla joko tasainen (kuva A) tai epävakaa (kuva B)

Tarkkaan ottaen, turbulentti virtaus on aina luonnostaan ​​epävakaa (kuvio C), koska siihen liittyy nestevirtausominaisuuksien satunnaisia ​​epäsäännöllisiä nopeita variaatioita suhteessa aikaan inertiaalisten häiritsevien voimien takia.

Mutta turbulenssivirtauksia voidaan kuitenkin pitää tilastollisesti tasaisena turbulenttina virtauksena (vain tilastollisessa mielessä, että keskimääräiset virtauspiirteet eivät muutu ajan myötä) ja tilastollisesti epävakaana pyöreänä virtauksena (keskimääräiset virtausominaisuudet vaihtelevat ajan myötä), katso kuva Vaikka turbulentti virtaus on luonnostaan ​​satunnaista ja epävakaa, keskimääräinen virtaus voi olla tasainen tai epävakaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että turbulentti virtaus on luonnostaan ​​epävakaa virtaus, mutta tilastollisessa mielessä sitä voidaan pitää joko tasaisena tai epävakaana.

Toivottavasti tämä auttaa!!!