Laminar និងលំហូរច្របូកច្របល់។ របបលំហូរសារធាតុរាវ

លក្ខណៈសម្បត្តិនៃការរាវសិក្សានិងឧស្ម័នលំហូរនេះគឺមានសារៈសំខាន់ណាស់សម្រាប់ឧស្សាហកម្មនេះនិងសេវាសាធារណៈ។ laminar និងផលប៉ះពាល់លំហូរភាពចលាចលនៅលើអត្រាការដឹកជញ្ជូនទឹកប្រេង, បំពង់បង្ហូរឧស្ម័នធម្មជាតិសម្រាប់គោលបំណងជាច្រើនប៉ះពាល់ដល់ប៉ារ៉ាម៉ែត្រផ្សេងទៀត។ បញ្ហាទាំងនេះធ្វើ hydrodynamics វិទ្យាសាស្រ្ត។

ការចាត់ថ្នាក់

នៅក្នុងបរិស្ថានវិទ្យាសាស្រ្តនៃរបបលំហូរសារធាតុរាវនិងឧស្ម័នត្រូវបានបែងចែកជាថ្នាក់ពីរខុសគ្នាខ្លាំងណាស់:

• laminar (inkjet);
• ភាពចលាចល។

ដូចគ្នានេះផងដែរសម្គាល់ដំណាក់កាលអន្តរកាល។ ចៃដន្យពាក្យ "រាវ" មានអត្ថន័យធំទូលាយមួយ: វាអាចជា incompressible (រាវពិតគឺជា) ដែលជាការបង្ហាប់ (ឧស្ម័ន), ប្រព្រឹត្ដ, ល ...

ប្រវត្តិសាស្រ្តករណី

Mendeleev ផ្សេងទៀតនៅក្នុងឆ្នាំ 1880 គំនិតនៃអត្ថិភាពនៃរបបលំហូរផ្ទុយគ្នាពីរនាក់ត្រូវបានសម្តែងការ។ សម្រាប់សេចក្តីលម្អិតបន្ថែមលើបញ្ហានេះបានពិនិត្យវិទូនិងវិស្វករលោក Osborne ចក្រភពអង់គ្លេសដែលបានបញ្ចប់ការសិក្សាម្នាក់ឈ្មោះ Reynolds នេះនៅឆ្នាំ 1883 ។ ជាដំបូង, អនុវត្ត, ហើយបន្ទាប់មកប្រើរូបមន្តវាត្រូវបានរកឃើញថានៅក្នុងអត្រាមួយទាបនៃលំហូររាវក្លាយជាសំណុំបែបបទដែលបានដឹកជញ្ជូន laminar: ស្រទាប់ (លំហូរភាគល្អិត) ត្រូវបានស្ទើរតែមិនលាយនិងការផ្លាស់ប្តូរនៅតាមបណ្តោយផ្លូវស្រប។ ទោះជាយ៉ាងណាបន្ទាប់ពីបានយកឈ្នះជាតម្លៃសំខាន់មួយចំនួន (សម្រាប់លក្ខខណ្ឌផ្សេងគ្នាដែលវាគឺជាភាពខុសគ្នា), លក្ខខណ្ឌលំហូររាវចំណងជើងចំនួន Reynolds ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរ: លំហូរយន្តហោះនេះបានក្លាយ vortex វឹកវរ - ឧទាហរណ៍ច្របូកច្របល់។ ដូចដែលវាបានប្រែក្លាយចេញ, ប៉ារ៉ាម៉ែត្រទាំងនេះគឺដើម្បីវិសាលភាពមួយចំនួនមានជាប់និងឧស្ម័ន។

អ្នកវិទ្យាសាស្រ្តអង់គ្លេសបានអនុវត្តជាក់ស្តែងការគណនាបានបង្ហាញថាឥរិយាបថរបស់, ឧ, ទឹក, គឺពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើរូបរាងនិងទំហំនៃអាងនេះ (បំពង់, ឆានែល capillaries, ល), នៅក្នុងការដែលវាហូរ។ ក្នុងបំពង់ដែលមានផ្នែកឈើឆ្កាងរាងជារង្វង់ (ដូចដែលបានប្រើសម្រាប់ម៉ោនបំពង់សម្ពាធ) ចំនួន Reynolds របស់ខ្លួន - រូបមន្ត នៃរដ្ឋសំខាន់ គឺត្រូវបានរៀបរាប់ដូចខាងក្រោម: Re = 2300. ក្នុងគោលបំណងដើម្បីបើកឆានែលលំហូរនៃ ចំនួន Reynolds គឺ ខុសគ្នា: ឡើងវិញ = 900. សម្រាប់តម្លៃតូចជាងមុនសម្រាប់ឡើងវិញត្រូវបានបញ្ជាឱ្យ, នៅមានទំហំធំ - វឹកវរ។

លំហូរ laminar

មិនដូចជាការច្របូកច្របល់លំហូរ laminar ជាធម្មជាតិនិងទិសដៅនៃទឹក (ឧស្ម័ន) ហូរ។ ពួកគេបានផ្លាស់ទីស្រទាប់នេះដោយមិនលាយនិងដោយគ្មានលោត។ នៅក្នុងពាក្យផ្សេងទៀតចលនានេះកើតឡើងដោយមិនស្មើភាពគ្នាក្នុងការខុសប្រក្រតីលោតទិសដៅសម្ពាធនិងល្បឿន។

លំហូរសារធាតុរាវ Laminar ត្រូវបានបង្កើតឡើងជាឧទាហរណ៍នៅតូចចង្អៀត សរសៃឈាម នៃភាវៈរស់ដែលជា capillaries រុក្ខជាតិនិងស្ថិតនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌប្រៀបធៀបនៅបច្ចុប្បន្ននៃរាវ viscous យ៉ាងខ្លាំង (ប្រេងឥន្ធនៈតាមរយៈបំពង់បង្ហូរប្រេងនេះ) ។ ដើម្បីមើលឃើញលំហូរយន្តហោះគឺគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីបង្ហាញជាម៉ាស៊ីនតិចតួច - ទឹកនឹងហូរស្ងាត់រាបស្មើដោយគ្មានលាយ។ ប្រសិនបើការ unscrew spigot ដល់ទីបញ្ចប់សម្ពាធប្រព័ន្ធនឹងកើនឡើងនិងលំហូរនេះនឹងក្លាយទៅជាភាពវឹកវរ។

លំហូរច្របូកច្របល់

មិនដូច laminar មួយ, ម្ល៉ោះភាគល្អិតជិតខាងតាមគន្លងស្របផ្លាស់ទីខ្លាំងដែលជាសារធាតុរាវលំហូរច្របូកច្របល់នេះគឺជាធម្មជាតិនៃជំងឺ។ ប្រសិនបើយើងប្រើវិធីសាស្រ្ត Lagrange, គន្លងនៃភាគល្អិតនេះតាមអំពើចិត្តអាចត្រួតលើគ្នានិងមានឥរិយាបទណាស់មិនអាចដឹងមុន។ ចលនានៃការរាវនិងឧស្ម័ននៅក្រោមលក្ខខណ្ឌទាំងនេះគឺតែងតែមានការបណ្ដោះអាសន្នជាមួយនឹងប៉ារ៉ាម៉ែត្រទាំងនេះ nonstationarities អាចមានជួរធំទូលាយណាស់។

ក្នុងនាមជាលំហូរឧស្ម័ន laminar ចូលទៅក្នុងការបន្តរបបច្របូកច្របល់, អាចត្រូវបានត្រួតពិនិត្យដោយឧទាហរណ៍ wisps ផ្សែងបារីនៃការដុតមួយនៅក្នុងការនៅតែមានខ្យល់។ ដំបូង, ភាគល្អិតផ្លាស់ទីស្ទើរតែមិនផ្លាស់ប្តូរផ្លូវស្របគ្នានៅក្នុងពេលវេលា។ ផ្សែងហាក់ដូចជាថេរ។ បន្ទាប់មកនៅចំណុចមួយចំនួនទាំងអស់នៃរំពេចមួយ Eddie ធំមួយដែលមានការផ្លាស់ប្តូរទាំងស្រុងដោយចៃដន្យមាន។ vortices ទាំងនេះបំបែកទៅជាអ្នកដែលមានទំហំតូច - ចូលទៅក្នុងសូម្បីតែតូចហើយដូច្នេះនៅលើ។ នៅទីបញ្ចប់ស្ទើរតែជក់បារីល្បាយមួយនឹងខ្យល់ជុំវិញ។

វដ្តចលាចល

ឧទាហរណ៍ខាងលើគឺសៀវភៅមួយ, និងពីការសង្កេតរបស់លោកអ្នកវិទ្យាសាស្ដ្របានធ្វើការសន្និដ្ឋានដូចខាងក្រោម:

1. Laminar និងលំហូរភាពចលាចលនៅក្នុងធម្មជាតិដែលមាន probabilistic: ផ្លាស់ប្តូរពីរបៀបមួយទៅមួយទៀតគឺជាការមិនពិតជាកន្លែងដែលនៅខាងស្ដាំនិងនៅក្នុងការបំពានដោយស្មើភាពទីតាំងចៃដន្យ។
2. ជាដំបូងវាមាន vortices ធំដែលមានទំហំធំជាងទំហំនៃ wisps នៃផ្សែងនេះ។ ចលនាក្លាយជាមិននឹងនរនិង anisotropic យ៉ាងខ្លាំង។ លំហូរធំក្លាយទៅជាមិនស្ថិតស្ថេរនិងបំបែកទៅជាតូចនិងតូចជាង។ ដូច្នេះគឺមានឋានានុក្រមនៃ Eddie មួយ។ ថាមពលនៃចលនានេះត្រូវបានផ្ទេរពីធំទៅតូច, ហើយនៅចុងបញ្ចប់នៃដំណើរការនេះបានបាត់ - dissipation ថាមពលកើតឡើងនៅជញ្ជីងតូច។
3. លំហូរ turbulent គឺខុសប្រក្រតី: vortex ជាក់លាក់មួយអាចនៅក្នុងមួយចៃដន្យទាំងស្រុង, កន្លែងដែលមិនអាចទាយទុកជាមុនបាន។
4. លាយជាមួយខ្យល់ព័ទ្ធជុំវិញផ្សែងមិនប្រព្រឹត្តទៅក្រោមលំហូរ laminar និងនៅក្នុងភាពចលាចល - គឺពឹងផ្អែកខ្លាំងណាស់។
5. បើទោះបីជាការពិតដែលថាស្ថានភាពព្រំដែនគឺជាស្ថានី, ការចលាចលខ្លួនវាមាននៅក្នុងធម្មជាតិការបញ្ចេញសម្លេងបណ្ដោះ - ប៉ារ៉ាម៉ែត្រឧស្ម័នថាមវន្តទាំងអស់ផ្លាស់ប្តូរនៅលើពេលវេលា។

មានទ្រព្យសម្បត្ដិដែលសំខាន់មួយទៀតនៃការចលាចលគឺ: វាគឺតែងតែជាបីវិមាត្រ។ សូម្បីតែប្រសិនបើយើងពិចារណាលំហូរមួយវិមាត្រនៅក្នុងបំពង់ឬស្រទាប់ព្រំដែនដែលមានពីរវិមាត្រនៅតែចលនានៃ Eddie បានកើតឡើងនៅក្នុងភាពចលាចលនៃការសំរបសំរួលទិសអ័ក្សបី។

ចំនួន Reynolds: រូបមន្ត

ការផ្លាស់ប្តូរពី laminar បានកំណត់លក្ខណៈដោយភាពចលាចលចំនួន Reynolds សំខាន់ដែលគេហៅថា:

_{ឡើងវិញ CR = (/ μρuL)} CR,

ដែលជាកន្លែងដែលρ - ស្ទ្រីមដង់ស៊ីតេ, u - អត្រាលំហូរលក្ខណៈ; L - ហូរទំហំលក្ខណៈ, μ - មេគុណ នៃ viscosity ថាមវន្ត, CR - ដោយបំពង់មួយដែលមានផ្នែកឈើឆ្កាងរាងជារង្វង់។

ឧទាហរណ៍សម្រាប់លំហូរជាមួយនឹង U ល្បឿនក្នុង L បំពង់ដែលត្រូវបានប្រើជា អង្កត់ផ្ចិតបំពង់។ លោក Osborne Reynolds បង្ហាញថានៅក្នុងករណីនេះ 2300 <ឡើងវិញ _CR <20000 ។ ការរីករាលដាលនេះគឺមានទំហំធំខ្លាំងណាស់, ស្ទើរតែលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រមួយ។

លទ្ធផលស្រដៀងគ្នាត្រូវបានទទួលនៅក្នុងស្រទាប់ព្រំដែននៅលើ wafer នេះ។ ទំហំលក្ខណៈត្រូវបានយកជាចម្ងាយពីគែមផ្នែកខាងមុខនៃចាននិងបន្ទាប់មក 3 × ¹⁰ ឧសភា <ឡើងវិញ _CR <4 × ¹⁰ ខែមេសា។ ប្រសិនបើមាន L ត្រូវបានកំណត់ជាកម្រាស់នៃស្រទាប់ព្រំដែន 2700 នេះ <ឡើងវិញ _CR <9000 ។ មានការសិក្សាពិសោធន៍ដែលបានបង្ហាញថាតម្លៃនៃការ _CR ឡើងវិញនេះអាចនឹងមានកាន់តែច្រើនមាន។

គំនិតនៃវិបរិតល្បឿន

laminar និងលំហូរសារធាតុរាវភាពចលាចលនិងស្របទៅតាមតម្លៃសំខាន់នៃចំនួន Reynolds (ឡើងវិញ) អាស្រ័យលើមួយចំនួនធំនៃកត្តា។ ពីជម្រាលសម្ពាធកម្ពស់រដុបរលាក់, អាំងតង់ស៊ីតេចលាចលនៅក្នុងលំហូរខាងក្រៅសីតុណ្ហាភាពឌីផេរ៉ង់ស្យែលលសម្រាប់ភាពងាយស្រួល, កត្តាសរុបទាំងនេះត្រូវបានហៅថាល្បឿនវិបរិត ចាប់តាំងពីពួកគេមានឥទ្ធិពលជាក់លាក់នៅលើអត្រាលំហូរ។ ប្រសិនបើមានការរំខាននេះគឺតូច, វាអាចត្រូវបានដោះស្រាយកងកម្លាំង viscous ស្វែងរកដើម្បីតម្រឹមវាលល្បឿន។ សម្រាប់ perturbations ធំនៃលំហូរអាចក្លាយទៅជាមិនស្ថិតស្ថេរនិងចលាចលកើតឡើង។

បានផ្ដល់ឱ្យថាអត្ថន័យរាងកាយនៃចំនួន Reynolds - សមាមាត្រនៃកងកម្លាំង inertial អន្ធិលស្អិតនិងកងកម្លាំង, ការថ្នាំងថ្នាក់ចិត្តដណ្តប់ដោយរូបមន្តលំហូរនេះ:

ឡើងវិញ = ρuL / μ = ρu ² / (μ× (U / L )) ។

ភាគនេះគឺពីរដងជាប្រធានល្បឿននិងភាគបែង - តម្លៃនៃលំដាប់នៃភាពតានតឹងក្នុងន័យនេះ, ប្រសិនបើ L ត្រូវបានយកជាកម្រាស់នៃស្រទាប់ព្រំដែននេះ។ សម្ពាធថាមវន្ត tends ដើម្បីបំផ្លាញតុល្យភាពនិង កងកម្លាំងកកិត ប្រឆាំងនឹងការនេះ។ ទោះយ៉ាងណាវាមិនទាន់ច្បាស់ថាហេតុអ្វីបានជា កងកម្លាំងនៃនិចលភាព (ឬសម្ពាធល្បឿន) នាំឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរតែនៅពេលពួកគេកងកម្លាំង viscous 1000 ដងច្រើនជាង។

ការគណនានិងការពិត

ប្រហែលជាកាន់តែច្រើនងាយស្រួលល្បឿនលឿនត្រូវបានប្រើជាលក្ខណៈមួយមិនដាច់ខាតឡើងវិញ _CR ល្បឿនប៉ុន្មានលំហូរនិងវិបរិតល្បឿន។ ក្នុងករណីនេះចំនួន Reynolds សំខាន់នឹងមានប្រហែល 10, ឧទាហរណ៍នៅពេលដែលលើសពីការរំខានសម្ពាធថាមវន្តតប់ viscous ជាង 5 ដងលំហូរ laminar សារធាតុរាវនេះទៅក្នុងលំហូរមួយច្របូកច្របល់។ និយមន័យឡើងវិញយោងតាមក្រុមអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រមួយចំនួននេះត្រូវបានពន្យល់ឱ្យបានល្អដោយការពិតបានបង្ហាញឱ្យឃើញពិសោធន៍ដូចខាងក្រោម។

សម្រាប់ទម្រង់ល្បឿនឯកសណ្ឋានយ៉ាងល្អឥតខ្ចោះនៅលើផ្ទៃរលូនឥតខ្ចោះមួយដែលត្រូវបានកំណត់ជាប្រពៃណីដោយចំនួននេះឡើងវិញ _CR មាននិន្នាការហ៊ុន Infinity, នោះគឺការផ្លាស់ប្តូរនេះពិតជាបានកើតឡើងភាពចលាចល។ ខាងក្រោមនេះជាចំនួន Reynolds ត្រូវបានកំណត់ដោយទំហំនៃល្បឿនវិបរិតខាងក្រោមតម្លៃសំខាន់ដែលស្មើនឹង 10 ។

នៅក្នុងវត្តមាននៃចលាចលសិប្បនិម្មិត, បណ្តាលឱ្យអត្រាការប្រៀបធៀបជាមួយនឹងអត្រាការស្វាគមន៍ជាមូលដ្ឋាន, លំហូរក្លាយជាលេខ Reynolds នៅទាបច្រើនច្របូកច្របល់ជាង _{CR ឡើងវិញបានកំណត់ពីតម្លៃដាច់ខាតនៃល្បឿន។} នេះអនុញ្ញាតឱ្យប្រើប្រាស់នៃមេគុណឡើងវិញ _CR = 10, ដែលជាកន្លែងដែលល្បឿនលក្ខណៈនេះគឺតម្លៃដាច់ខាតនៃវិបរិតល្បឿនដែលបង្កឡើងដោយហេតុផលខាងលើនេះ។

ស្ថេរភាពនៃរបបលំហូរ laminar ក្នុងបំពង់បង្ហូរប្រេង

laminar និងលំហូរចលាចលជារឿងធម្មតាទៅគ្រប់ប្រភេទនៃការរាវនិងឧស្ម័ននៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនានា។ ធម្មជាតិ laminar នៃលំហូរគឺកម្រណាស់និងត្រូវបានកំណត់ជាឧទាហរណ៍សម្រាប់តំបន់ទំនាបស្ទ្រីមក្រោមដីចង្អៀត។ ច្រើនទៀត, បញ្ហានេះគឺជាកង្វល់របស់ពួកអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនៅក្នុងបរិបទនៃការអនុវត្តសម្រាប់ការដឹកជញ្ជូនដោយទឹកបំពង់បង្ហូរប្រេងឧស្ម័ននិងសារធាតុរាវផ្សេងទៀត។

សំណួរស្ថិរភាពលំហូរ laminar គឺពាក់ព័ន្ធយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងការសិក្សានេះបានរំខានចលនានៃលំហូរសំខាន់។ វាត្រូវបានគេរកឃើញថាត្រូវបានរងផលប៉ះពាល់ដោយ perturbations ខ្នាតតូចដែលគេហៅថា។ ដោយអាស្រ័យលើថាតើពួកគេបានដុះលូតលាស់ឬបន្ថយឆ្ងាយលើសម៉ោង, លំហូរមូលដ្ឋានត្រូវបានចាត់ទុកថាមានស្ថេរភាពឬមិនស្ថិតស្ថេរ។

ចំពោះសារធាតុរាវដែលបានបង្ហាប់និងមិនបានបង្ហាប់

មួយនៃកត្តាដែលប៉ះពាល់ដល់លំហូរនិង laminar សារធាតុរាវនេះគឺជាការបង្ហាប់របស់ខ្លួនចលាចល។ អចលនទ្រព្យសារធាតុរាវនេះជាសារៈសំខាន់ជាពិសេសក្នុងការសិក្សានៃស្ថិរភាពនៃដំណើរការដែលមិនមែនជាការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងឆាប់រហ័សជាមួយស្ថានីបច្ចុប្បន្នបឋមក្នុងនោះ។

ការសិក្សាបានបង្ហាញថាលំហូរនៃសារធាតុរាវ laminar នៅក្នុងបំពង់នៃ incompressible ផ្នែកស៊ីឡាំងនេះគឺមានភាពធន់ទ្រាំទៅរំខាន axisymmetric និងមិន axisymmetric តូចនៅក្នុងពេលវេលានិងចន្លោះ។

ថ្មី, ការគណនាត្រូវបានអនុវត្តនៅលើឥទ្ធិពលនៃការរំខាននៅលើការតស៊ូលំហូរ axisymmetric នៅក្នុងផ្នែកនៃបំពង់ស៊ីឡាំងដៃសមុទ្រដែលជាកន្លែងដែលបច្ចុប្បន្នសំខាន់គឺពឹងផ្អែកលើកូអរដោនេពីរ។ អ័ក្សកូអរដោនេនៃបំពង់នេះត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលមានឥទ្ធិពលលើទម្រង់ល្បឿននៅតាមបណ្តោយកាំនៃបំពង់លំហូរមេ។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

បើទោះបីសតវត្សនៃការសិក្សាយើងមិនអាចនិយាយបានថា laminar និងច្របូកច្របល់លំហូរត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងហ្មត់ចត់។ ការសិក្សាពិសោធន៍លើកម្រិតខ្នាតតូចនេះបានលើកបញ្ហាថ្មីមួយដែលតម្រូវឱ្យមានការរាប់ជាសុចរិតគណនាហេតុផល។ ធម្មជាតិនៃការស្រាវជ្រាវនេះគឺជាកម្មវិធីនិងការប្រើប្រាស់: ពិភពលោកនៃការគីឡូម៉ែត្រនៃទឹកប្រេងឧស្ម័ននិងផលិតផលរាប់ពាន់នាក់។ នេះជាដំណោះស្រាយបច្ចេកទេសវែងណែនាំសម្រាប់ការកាត់បន្ថយនៃភាពចលាចលនៅក្នុងអំឡុងពេលដឹកជញ្ជូនមានប្រសិទ្ធិភាពកាន់តែច្រើនវានឹងមាន។