Турбулентно движење на течност. Ламинарен и турбулентен проток на течност: опис, карактеристики и интересни факти Турбулентен проток

ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК

(од лат. turbulentus - бурно, неуредно), форма на проток на течност или гас, кога прават нестабилни движења по сложени траектории, што доведува до интензивно мешање меѓу слоевите на течност или гас (види ТУРБУЛЕНЦИЈА). Најдеталните студии се направени за цврсти материи во цевки, канали и гранични слоеви во близина на цврсти материи што течат околу течност или гас. тел, како и т.н слободен T. t - млазови, траги од цврсти материи кои се движат во однос на течност или гас. тела и зони за мешање помеѓу текови со различни брзини, кои не се разделени со c.-l. ТВ ѕидови. T. t во секој од наведените случаи се разликува од соодветниот ламинарен тек како негов комплексен внатрешен. структура (сл. 1) и дистрибуција

Ориз. 1. Турбулентен проток.

просечна брзина преку пресекот на протокот (сл. 2) и интегрални карактеристики - зависност на просечната над напречниот пресек или макс. брзина, брзина на проток, како и коефициент. отпорност од Рејнолдсовиот број Re, профилот на просечната брзина на топлинската енергија во цевките или каналите се разликува од параболичниот. профил на соодветниот ламинарен проток со побрзо зголемување на брзината на ѕидовите и пониско

Ориз. 2. Профил на просечна брзина: а - за ламинарен проток; б - во турбулентен проток.

искривување до центарот. делови од протокот.

Со исклучок на тенок слој во близина на ѕидот, профилот на брзината е опишан логаритамски. закон (т.е. линеарно зависи од логаритамот на растојанието до ѕидот). Коеф. отпорот l=8tw/rv2cp (каде tw е триењето на ѕидот, r е течноста, vav е просечната брзина на проток на напречниот пресек) е поврзана со Re со релацијата:

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

Млазници, будења и зони за мешање имаат прибл. самосличност: во секој дел c = const од било кој од овие T. t на не премногу мали растојанија x од почетокот. пресеци, може да се воведат такви скали за должина и брзина L(x) и v(x) што бездимензионалните статистички хидродинамички карактеристики полињата (особено, профилите на просечна брзина) добиени со примена на овие скали ќе бидат исти во сите делови.

Во случај на струи со слободен проток, областа на протокот окупирана од проток на вител во секој момент од времето има јасна, но многу неправилно обликувана граница, надвор од која протокот е потенцијален. Излегува дека зоната на повремени турбуленции овде е многу поширока отколку во граничните слоеви.

Физички енциклопедиски речник. - М.: Советска енциклопедија. . 1983 .

ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК

Форма на проток на течност или гас, со пресек поради присуството на многубројни текови. вртлози распаѓање големини, течните честички вршат хаотично однесување. нестабилни движења по сложени траектории (види. Турбуленции),за разлика од ламинарните текови со мазни квази-паралелни траектории на честички. T. t се забележани на одредени. услови (при доволно големи Рејнолдс броеви) во цевки, канали, гранични слоеви во близина на површините на цврстите тела кои се движат во однос на течност или гас, во пресрет на таквите тела, млазови, зони за мешање помеѓу текови со различни брзини, како и во различни природни услови.

T. T. се разликуваат од ламинарните не само по природата на движењето на честичките, туку и по распределбата на просечната брзина преку пресекот на протокот, зависноста од просекот или макс. брзина, проток и коефициент отпор од Рејнолдс број Re,многу поголем интензитет на пренос на топлина и маса.

Профилот на просечната брзина на греење во цевки и канали се разликува од параболичен. профил на ламинарните текови со помала кривина на оската и побрзо зголемување на брзината на ѕидовите, каде што, со исклучок на тенок вискозен подслој (дебелина од редот на , каде што v- вискозност, - „брзина на триење“, т-турбулентен стрес на триење, r-густина) профилот на брзината е опишан со универзален Одглогаритамски со закон:

Каде y 0 е еднаква за мазен ѕид и пропорционална на висината на туберкулите за груб ѕид.

Турбулентен граничен слој, за разлика од ламинарниот граничен слој, обично има посебна граница која флуктуира неправилно во времето во границите каде d е растојанието од ѕидот, при што брзината достигнува 99% од вредноста надвор од граничниот слој; во овој регион, брзината се зголемува со растојанието од ѕидот побрзо отколку во логаритамската. закон.

Млазници, будења и зони за мешање имаат прибл. самосличност: со растојание xод почетокот скала за должина на делот Лрасте како x t,и скалата за брзина Усе намалува како x-n,каде за волуметриски млаз t = n = 1, за стан Т=1, n=1/2, за волуметриска трага Т= 1/3, n= 2/3, за рамна трага t=n=1/2,за зона на мешање m= 1, n = 0. Границата на турбулентниот регион овде е исто така различна, но со неправилна форма и флуктуира пошироко од онаа на граничните слоеви, во рамномерно - во опсегот (0,4-3,2) Л.

Осветлено: Landau L.D., Lifshits E.M., Mechanics of Continuous Media, 2nd ed., M., 1954; Loytsyansky L.G., Механика на течности и гасови, 6-то издание, М., 1987 година; Таунсенд А. А., Структура на турбулентен тек со попречно смолкнување, транс. од англиски, М., 1959; Абрамович Г.Н., Теорија на турбулентни млазови, М., 1960; Монин А. С., Јаглом А. М., статистички, второ издание, ч. . 1, Санкт Петербург, 1992 година. А.С. Монин.

Физичка енциклопедија. Во 5 тома. - М.: Советска енциклопедија. Главен уредник А.М.Прохоров. 1988 .

Погледнете што е „ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК“ во другите речници:

Протокот на течност или гас, кој се карактеризира со хаотично, неправилно движење на нејзините волумени и нивно интензивно мешање (види Турбуленција), но генерално има мазен, правилен карактер. Формирањето на Т.т е поврзано со нестабилност... ... Енциклопедија на технологијата

- (од латинскиот turbulentus, бурно, нередовно), протокот на течност или гас, во кој честичките на течноста прават нередовни, хаотични движења по сложените траектории, а брзината, температурата, притисокот и густината на медиумот доживува хаотичен ... ... Голем енциклопедиски речник

Модерна енциклопедија

ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК, во физиката, движење на течна средина во која се случува случајно движење на неговите честички. Карактеристично за течност или гас со висок БРОЈ НА РЕЈНОЛДС. види исто така ЛАМИНАРЕН ТЕК... Научно-технички енциклопедиски речник

турбулентен проток- Проток во кој гасните честички се движат на сложен, неуреден начин и транспортните процеси се случуваат на макроскопско, а не на молекуларно ниво. [ГОСТ 23281 78] Теми: аеродинамика на авиони Генерализирање поими, типови текови... ... Водич за технички преведувач

Турбулентен проток- (од латинскиот turbulentus бурно, неуредно), протокот на течност или гас, во кој честичките на течноста прават нередовни, хаотични движења по сложени траектории, а се доживуваат брзината, температурата, притисокот и густината на медиумот. .. ... Илустриран енциклопедиски речник

- (од латински turbulentus бурно, неуредно * a. турбулентен тек; n. Wirbelstromung; f. ecoulement турбулентен, ecoulement tourbillonnaire; i. flujo turbulento, corriente turbulenta) движење на течност или гас, при што и ... . . Геолошка енциклопедија

турбулентен проток- Форма на проток на вода или воздух во која нејзините честички прават нередовни движења по сложени траектории, што доведува до интензивно мешање. Син.: турбуленции… Речник на географија

ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК- вид на проток на течност (или гас) во кој нивните мали волуметриски елементи вршат нестабилни движења по сложени случајни траектории, што доведува до интензивно мешање на слоеви течност (или гас). T. t. произлегува како резултат... ... Голема политехничка енциклопедија

Континуумска механика Континуум Класична механика Закон за зачувување на масата Закон за зачувување на моментумот ... Википедија

Проучувањето на својствата на тековите на течности и гасови е многу важно за индустријата и за комуналните претпријатија. Ламинарниот и турбулентен проток влијае на брзината на транспорт на вода, нафта и природен гас низ цевководи за различни намени и влијае на други параметри. Науката за хидродинамиката се занимава со овие проблеми.

Класификација

Во научната заедница, режимите на проток на течности и гасови се поделени во две сосема различни класи:

ламинарен (млаз);
турбулентен.

Се разликува и преодна фаза. Патем, терминот „течност“ има широко значење: може да биде некомпресибилно (ова е всушност течност), компресибилно (гас), спроводливо итн.

Позадина

Дури и Менделеев во 1880 година ја изрази идејата за постоење на два спротивни режими на проток. Ова прашање подетално го проучувал британскиот физичар и инженер Озборн Рејнолдс, завршувајќи го своето истражување во 1883 година. Прво практично, а потоа користејќи формули, тој утврдил дека при мали брзини на проток, движењето на течностите добива ламинарна форма: слоевите (течењето на честичките) тешко се мешаат и се движат по паралелни траектории. Меѓутоа, по надминување на одредена критична вредност (тоа е различно за различни услови), наречена Рејнолдсов број, режимите на проток на течности се менуваат: протокот на млазот станува хаотичен, вител - односно турбулентен. Како што се испостави, овие параметри се карактеристични и за гасовите до одреден степен.

Практичните пресметки на англискиот научник покажаа дека однесувањето на, на пример, водата силно зависи од обликот и големината на резервоарот (цевка, канал, капилар, итн.) низ кој тече. Цевките со кружен пресек (како што се користат за поставување на цевководи под притисок) имаат свој Рејнолдс број - формулата е опишана на следниов начин: Re = 2300. За проток по отворен канал, тоа е различно: Re = 900 При пониски вредности на Ре, протокот ќе биде нареден, при повисоки вредности - хаотичен.

Ламинарен проток

Разликата помеѓу ламинарниот проток и турбулентниот проток е природата и насоката на протокот на вода (гас). Тие се движат во слоеви, без мешање и без пулсирања. Со други зборови, движењето се случува рамномерно, без случајни скокови во притисокот, насоката и брзината.

Ламинарен проток на течност се формира, на пример, во тесни живи суштества, капилари на растенија и, под споредливи услови, за време на протокот на многу вискозни течности (мазут низ цевковод). За јасно да го видите протокот на млазот, само малку отворете ја славината за вода - водата ќе тече мирно, рамномерно, без мешање. Ако чешмата е исклучена до крај, притисокот во системот ќе се зголеми и протокот ќе стане хаотичен.

Турбулентен проток

За разлика од ламинарниот тек, во кој блиските честички се движат по речиси паралелни траектории, турбулентниот проток на течност е нарушен. Ако го користиме пристапот Лагранж, тогаш траекториите на честичките може произволно да се сечат и да се однесуваат сосема непредвидливо. Движењата на течностите и гасовите под овие услови се секогаш нестационарни, а параметрите на овие нестационарности можат да имаат многу широк опсег.

Како ламинарниот режим на проток на гас се претвора во турбулентен може да се следи користејќи го примерот на млаз чад од запалена цигара во мирен воздух. Првично, честичките се движат речиси паралелно по траектории кои не се менуваат со текот на времето. Чадот изгледа неподвижен. Потоа, на некое место одеднаш се појавуваат големи вртлози и се движат целосно хаотично. Овие вртлози се распаѓаат на помали, оние на уште помали итн. На крајот, чадот практично се меша со околниот воздух.

Циклуси на турбуленции

Примерот опишан погоре е учебник, а од неговото набљудување, научниците ги извлекоа следните заклучоци:

Ламинарниот и турбулентниот тек се од веројатна природа: преминот од еден режим во друг не се случува на точно одредено место, туку на прилично произволно, случајно место.
Прво, се појавуваат големи вртлози, чија големина е поголема од големината на млаз чад. Движењето станува нестабилно и високо анизотропно. Големите текови ја губат стабилноста и се распаѓаат на помали и помали. Така, настанува цела хиерархија на вртлози. Енергијата на нивното движење се пренесува од големо во мало, а на крајот од овој процес исчезнува - дисипација на енергија се јавува во мали размери.
Режимот на турбулентен проток е по случаен карактер: еден или друг вител може да заврши на сосема произволно, непредвидливо место.
Мешањето на чадот со околниот воздух практично не се случува во ламинарните услови, но во турбулентни услови е многу интензивно.
И покрај фактот дека граничните услови се стационарни, самата турбуленција има изразен нестационарен карактер - сите гасно-динамички параметри се менуваат со текот на времето.

Постои уште една важна особина на турбуленцијата: таа е секогаш тридимензионална. Дури и ако земеме во предвид еднодимензионален проток во цевка или дводимензионален граничен слој, движењето на турбулентните вртлози сепак се случува во правците на сите три координатни оски.

Рејнолдсов број: формула

Преминот од ламинарност кон турбуленција се карактеризира со таканаречениот критичен Рејнолдс број:

Re cr = (ρuL/µ) cr,

каде ρ е густината на протокот, u е карактеристичната брзина на проток; L е карактеристична големина на протокот, µ е коефициент cr - проток низ цевка со кружен пресек.

На пример, за проток со брзина u во цевка, L се користи како што Озборн Рејнолдс покажа дека во овој случај 2300

Сличен резултат се добива и во граничниот слој на плочата. Растојанието од предниот раб на плочата се зема како карактеристична големина, а потоа: 3 × 10 5

Концепт на нарушување на брзината

Ламинарниот и турбулентен проток на течност, и соодветно на тоа, критичната вредност на Рејнолдсовиот број (Re) зависат од голем број фактори: градиент на притисок, висина на туберкулите на грубоста, интензитет на турбуленција во надворешниот проток, температурна разлика итн. погодност, овие вкупни фактори се нарекуваат и нарушување на брзината, бидејќи тие имаат одреден ефект врз брзината на проток. Ако ова нарушување е мало, може да се изгасне со вискозни сили кои имаат тенденција да го израмнат полето на брзината. Со големи пречки, протокот може да ја изгуби стабилноста и да се појават турбуленции.

Имајќи предвид дека физичкото значење на Рејнолдсовиот број е односот на инерцијалните сили и вискозните сили, нарушувањето на тековите потпаѓа под формулата:

Re = ρuL/µ = ρu 2 /(µ×(u/L)).

Бројачот содржи двојно поголем притисок на брзината, а именителот содржи количина од редот на напрегање на триење ако дебелината на граничниот слој се земе како L. Притисокот со голема брзина има тенденција да ја уништи рамнотежата, но тоа се спротивставува. Сепак, не е јасно зошто (или притисокот на брзината) доведува до промени само кога тие се 1000 пати поголеми од вискозните сили.

Пресметки и факти

Веројатно би било попогодно да се користи нарушувањето на брзината наместо апсолутната брзина на проток u како карактеристична брзина во Recr. Во овој случај, критичниот Рејнолдсов број ќе биде од редот на 10, односно, кога нарушувањето на притисокот на брзината ги надминува вискозните напрегања за 5 пати, ламинарниот тек на течноста станува турбулентен. Оваа дефиниција за Ре, според голем број научници, добро ги објаснува следните експериментално потврдени факти.

За идеално рамномерен профил на брзина на идеално мазна површина, традиционално определениот број Re cr се стреми кон бесконечност, односно транзицијата кон турбуленција всушност не се забележува. Но, Рејнолдсовиот број, определен со големината на нарушувањето на брзината, е помал од критичниот, кој е еднаков на 10.

Во присуство на вештачки турбулатори кои предизвикуваат излив на брзина споредлива со главната брзина, протокот станува турбулентен при многу помали вредности на Рејнолдсовиот број од Re cr определен од апсолутната вредност на брзината. Ова овозможува да се користи вредноста на коефициентот Re cr = 10, каде апсолутната вредност на нарушувањето на брзината предизвикано од горенаведените причини се користи како карактеристична брзина.

Стабилност на режимот на ламинарен проток во цевководот

Ламинарниот и турбулентен проток е карактеристичен за сите видови течности и гасови под различни услови. Во природата, ламинарните текови се ретки и се карактеристични, на пример, за тесни подземни текови во рамни услови. Ова прашање многу повеќе ги загрижува научниците во контекст на практичните апликации за транспорт на вода, нафта, гас и други технички течности преку цевководи.

Прашањето за стабилноста на ламинарниот тек е тесно поврзано со проучувањето на нарушеното движење на главниот тек. Утврдено е дека е изложено на таканаречени мали пореметувања. Во зависност од тоа дали тие избледуваат или растат со текот на времето, главниот тек се смета за стабилен или нестабилен.

Проток на компресибилни и некомпресибилни течности

Еден од факторите што влијае на ламинарниот и турбулентниот проток на течноста е неговата компресибилност. Ова својство на течност е особено важно кога се проучува стабилноста на нестабилните процеси со брза промена на главниот тек.

Истражувањата покажуваат дека ламинарниот проток на некомпресибилна течност во цевките со цилиндричен пресек е отпорен на релативно мали аксисиметрични и неосиметрични нарушувања во времето и просторот.

Неодамна беа извршени пресметки за влијанието на аксиметричните нарушувања врз стабилноста на протокот во влезниот дел на цилиндричната цевка, каде главниот проток зависи од две координати. Во овој случај, координатата по должината на оската на цевката се смета како параметар од кој зависи профилот на брзината долж радиусот на цевката на главниот тек.

Заклучок

И покрај вековните студии, не може да се каже дека и ламинарниот и турбулентниот тек се темелно проучени. Експерименталните студии на микро ниво покренуваат нови прашања кои бараат образложено пресметковно оправдување. Природата на истражувањето има и практични придобивки: илјадници километри нафтоводи за вода, нафта, гас и производи се поставени низ целиот свет. Колку повеќе технички решенија се имплементираат за намалување на турбуленциите за време на транспортот, толку поефективно ќе биде.

ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК (од латински turbulentus - бурно, хаотично), проток на течност или гас во кој честичките од течноста прават неуредни, хаотични движења по сложени траектории, а брзината, температурата, притисокот и густината на медиумот. доживуваат хаотични флуктуации. Се разликува од ламинарниот проток по интензивно мешање, размена на топлина, високи вредности на коефициентот на триење итн. Во природата и технологијата, повеќето текови на течности и гасови се турбулентни текови.

Модерна енциклопедија. 2000 .

Погледнете што е „ТУРБУЛЕНТЕН ТЕК“ во другите речници:

- (од латински turbulentus бурно, неуредно), форма на проток на течност или гас, кога неговите елементи вршат нестабилни движења по сложени траектории, што доведува до интензивно мешање помеѓу слоевите на течност или гас (види... ... Физичка енциклопедија

При доволно големи броеви на Рејнолдс, движењето на течноста престанува да биде ламинарно; Така, во цевките со мазни ѕидови, ламинарното движење станува турбулентно на бројки

При ова движење, хидродинамичките параметри почнуваат да флуктуираат околу нивните просечни вредности, доаѓа до мешање на течноста и нејзиниот тек станува случаен. Движењето на воздухот во атмосферата и водата во океанот, кога бројките на Рејнолдс се високи (и тие можат да достигнат под одредени услови), е речиси секогаш турбулентно. Во техничките проблеми на аеро- и хидромеханиката е исклучително вообичаено да се сретнеме со такво движење; Бројките овде можат да достигнат и вредности. Поради оваа причина, отсекогаш се посветувало големо внимание на проучувањето на турбуленциите. Сепак, иако турбулентното движење, почнувајќи од работата на Рејнолдс, е проучувано околу еден век и досега веќе знаеме многу за карактеристиките и обрасците на ова движење, сè уште не можеме да кажеме дека постои целосно разбирање за овој комплекс. физички феномен.

Прашањето за појавата и развојот на турбулентното движење сè уште не е доволно разјаснето, иако несомнено е дека тоа е поврзано со нестабилноста на протокот во голем број поради нелинеарноста на хидродинамичките равенки; За ова накратко ќе разговараме подолу. За нас, сепак, кога го проучуваме ширењето на брановите во турбулентен медиум, информациите за веќе развиениот, стабилен турбулентен тек, неговата внатрешна структура и динамичките обрасци ќе бидат од поголема важност.

Голем успех во современите идеи за веќе развиениот турбулентен проток постигна во 1941 година А.Н. статистички обрасци. Оттогаш, развојот на статистичката теорија на турбуленции и слични експерименти доведоа до голем број значајни резултати. Во делата е даден детален приказ на современата статистичка теорија на турбуленцијата и нејзиното експериментално истражување. Оваа теорија се покажа како важна за проблемот со „турбуленциите и брановите“ и за ширење на акустичните бранови во атмосферата и морето, и за ширењето на електромагнетните бранови во атмосферата, јоносферата и плазмата. Овде ќе се ограничиме на кратко претставување само на најосновните информации за оваа теорија, кои ќе ни бидат потребни во иднина.

Во 1920 година, англискиот хидромеханичар и метеоролог L. F. Richardson изрази плодна хипотеза, која се нарекува хипотеза за „мелење“ турбуленции. Тој сугерираше дека во случај на атмосферски турбуленции, кога се движат големи маси на воздух, поради некоја причина, на пример поради грубоста на површината, протокот станува нестабилен и се формираат пулсирања или вртлози со голема брзина. Овие вртлози ја црпат својата енергија од енергијата на целиот тек како целина. Карактеристичните големини на овие вртлози

L е иста скала како и скалата на самиот проток (надворешната скала на турбуленции). Но, при доволно големи размери на движења и брзини на проток, самите овие вртлози стануваат нестабилни и се распаѓаат на помали вртлози на скалата на Рејнолдсовиот број за такви вртлози каде што пулсирањата на нивната брзина се големи и тие, пак, се распаѓаат на помали. оние. Овој процес на „мелење“ турбулентни нехомогености продолжува сè повеќе и понатаму: енергијата на големите вртлози, која доаѓа од енергијата на протокот, се пренесува на сѐ помали вртлози, до најмалите, со внатрешна скала од I, кога вискозноста на течноста почнува да игра значајна улога (броевите за таквите вртлози се мали, нивното движење е стабилно). Енергијата на најмалите можни вртлози се претвора во топлина.

Оваа хипотеза на Ричардсон беше развиена во делата на А.Н. Колмогоров и неговото училиште.

Во инерцијалниот регион на скалите на пулсирање, можеме да претпоставиме дека вискозноста не игра улога, енергијата едноставно тече од големи размери до помали, а дисипацијата на енергија по единица волумен на течност по единица време е функција само на промените во просечна брзина на растојанија од редот на I, самата скала I и густината, т.е.

Од трите количини, може да се направи само една комбинација со димензија:

Од оваа врска можеме да го процениме редоследот на промена на просечната брзина на турбулентното движење на растојание од редот I:

Бидејќи во разгледуваниот инертен спектрален интервал на вртлози, почнувајќи од надворешната скала L и завршувајќи со внатрешната скала 1 (каде што вискозноста игра одлучувачка улога), вредноста е константна, тогаш

каде што C е константа, која за услови на атмосферска турбуленција и турбуленција во тунел за ветер (зад решетката) е од редот на големината и се зголемува со зголемување на брзината на протокот u. Коренот среден квадрат на разликата во брзината во точките 1 и 2 (или т.н. структурална функција) во турбулентен проток ќе биде

каде е растојанието помеѓу точките за набљудување 1 и 2. Ова е таканаречениот Колмогоров-Обухов закон од две третини (А. М. Обухов до формулацијата на таков закон дошол од спектралните концепти).

Треба да се забележи дека L. Onsager, K. Weizsäcker и W. Heisenberg исто така подоцна дојдоа до истиот закон.

Во спроведеното резонирање, врз основа на размислувањата за сличноста и димензиите, се претпоставува дека протокот како целина нема ориентационен ефект врз вртлозите: според тоа, движењето на вртлозите во инерцијалниот подрегион на пулсирачкиот спектар може да биде приближно се смета за локално хомогена и изотропна, што исто така ќе се дискутира во погл. 7. Поради оваа причина, статистичката теорија за турбуленција се нарекува теорија на локално изотропна турбуленција.

Законот за „две третини“ се применува на турбулентното пулсирачко поле, т.е. на векторското случајно поле и, општо земено, потребно е да се разјасни со кои компоненти на v во (7.5) се работи.

Температурните пулсирања, кои се исто така присутни во динамичен турбулентен проток (температурни нехомогености), се мешаат со пулсирања на полето на брзина. За скаларното температурно поле на пулсирањата, функционира и механизмот на рафинирање на нехомогеностите со пулсирања на полето на брзината; големината на најмалите температурни нехомогености е ограничена со дејството на топлинската спроводливост, исто како и во полето на брзинските пулсирања минималната скала на виртуси се определува со вискозност.

За температурното поле на пулсирања во динамичен проток, А. М. Обухов го доби законот „две третини“, кој има форма слична на (7.5):

каде е константа во зависност од брзината .

Во интервалот на внатрешните скали I (овој интервал се нарекува интервал на рамнотежа), вредноста ќе биде функција не само на , туку и на кинематичката вискозност

Тогаш единствената комбинација што има димензија ќе биде следниов израз за:

(7.8)

Соодветно

каде т.е. во овој случај постои квадратна зависност од (Тејлоров закон).

Самата скала на внатрешна турбуленција I може да се процени од релацијата (7.4), под претпоставка дека (7.4) е валидна до условите

Прикажана е целосна слика за однесувањето на структурата функција на полето за брзина во зависност од растојанието помеѓу точките на набљудување

во Сл. 1.5. При мали размери на пулсирања на брзината што одговараат на внатрешната скала, структурата функција го почитува Тејлоровиот квадратен закон (интервал на рамнотежа). Кога се зголемува, функцијата го почитува законот за „две третини“ (инерцијален интервал; исто така се нарекува инерцијален подрегион на спектарот на пулсирање); со дополнително зголемување кога ќе престанат да важат првичните одредби.

Ориз. 1.5. Структурна функција на полето за брзина.

Забележете дека законот за „две третини“ се применува не само за пулсирања на полето на брзина и поле на температурни пулсирања (се смета како пасивна примеса), туку и за пулсирања на влажност, кои исто така се сметаат како пасивна примеса

за пулсирања на притисок

Ова се дел од значајните за нас заклучоци кои се добиени врз основа на Ричардсоновата хипотеза и размислувањата за теоријата на сличност и димензија или од спектрални концепти.

Во законот за „две третини“, треба да обрнете внимание на фактот дека го зема коренот среден квадрат на разликата во брзините во две точки во протокот или таканаречената „структурна функција“ на полето за брзина. Има длабоко значење во ова.

Ако ги измерите (снимете) пулсирањата на брзината или температурата во една точка од протокот, тогаш големите нехомогености ќе играат поголема улога од малите, а резултатите од мерењето значително ќе зависат од времето во кое се прават овие мерења. Оваа тешкотија исчезнува ако ја измерите разликата во брзината на две релативно блиски точки на протокот, односно го следите релативното движење на два блиски елементи на проток. На оваа разлика нема да влијаат големите вртлози чија големина е многу поголема од растојанието помеѓу овие две точки.

За разлика од кинетичката теорија на гасовите, кога како прва апроксимација може да се претпостави дека движењето на секоја молекула не зависи од молекулите кои се наоѓаат во нејзината непосредна близина, при турбулентен тек ситуацијата е поинаква. Соседните флуидни елементи имаат тенденција да ја земаат истата вредност на брзината како и предметниот елемент, освен ако растојанието меѓу нив е мало. Ако го земеме предвид турбулентниот тек како суперпозиција на пулсирањата

(витли) од различни размери, тогаш растојанието помеѓу два, блиски елементи прво ќе се промени само поради најмалите вртлози. Големите вртлози едноставно ќе го транспортираат парот точки (елементи) за кои станува збор како целина, без да се обидуваат да ги разделат. Но, штом се зголеми растојанието помеѓу флуидните елементи, покрај малите влегуваат и поголеми вртлози. Затоа, во турбулентен проток на течност, не е толку важно движењето на самиот течен елемент, туку промената на неговото растојание од соседните елементи.

Откако ќе се запознаеме со основните идеи за внатрешната структура на развиениот турбулентен тек, ќе се вратиме на прашањето за појавата на турбуленцијата, односно преминот од ламинарно во турбулентно движење (во современата литература се користи скратен термин за овој феномен - „транзиција“).

Нелинеарниот процес на размена на енергија помеѓу различните степени на слобода, суштински својствен во моделот на Ричардсон за каскадниот процес на конверзија на енергија и подобрен од А. Н. Колмогоров, го доведе Л. постојано зголемување на бројот на степени на слобода. Постојат одредени тешкотии во ова толкување на транзицијата. Обухов и неговите колеги 121, 22] и А. Таков систем е систем со три степени на слобода (тројка), чии равенки на движење се совпаѓаат во соодветниот координатен систем со Ојлеровите равенки во теоријата на жироскопот. Хидродинамичка интерпретација на тројката може да биде „ротација на течноста“ во некомпресибилна течност внатре во триаксијален елипсоид, во кој полето на брзината е линеарно во координати.

Елементарниот механизам на нелинеарна енергетска конверзија помеѓу различни степени на слобода во таква тројка, кој е проверен експериментално, може да се користи како основа за моделирање на посложени системи (каскада од тројки) за да се објасни каскадниот процес на конверзија на енергија според Шема Ричардсон-Колмогоров-Ландау. Може да се надеваме дека ќе се постигне одреден напредок на овој пат во блиска иднина.

Друг начин да се објасни транзицијата, која беше развиена неодамна, е поврзан со фактот дека стохастичноста е можна не само во екстремно сложени динамички системи, во кои навистина не можат да се прецизираат апсолутно точни почетни услови, и затоа има потреба од статистички опис. Стана јасно дека овие воспоставени идеи за природата на хаосот не се секогаш точни. Хаотичното однесување е пронајдено и во многу поедноставни системи, вклучувајќи системи опишани со само три обични диференцијални равенки од прв ред. И покрај фактот дека ова откритие е веднаш

поттикна голем број студии во областа на математичката теорија за сложеното однесување на едноставните динамички системи само во средината на седумдесеттите години го привлече вниманието на широк опсег на физичари, механичари и биолози; Отприлика во исто време, хаосот во едноставни системи беше спореден со проблемот на појавата на турбуленции. Понатаму, стохастичките самоосцилации беа откриени во широк спектар на, понекогаш многу неочекувани, области, а нивната математичка слика - чуден привлечник - сега зазема видно место во квалитативната теорија на динамичките системи заедно со добро познатите привлекувачи - рамнотежни состојби и гранични циклуси. До кој степен оваа насока ќе придонесе за развојот на теоријата на транзиција сè уште не е целосно јасно.

ТУРБУЛЕНТНИ е проток придружен со интензивно мешање на течност со пулсирања на брзини и притисоци.

Заедно со главното надолжно движење на течноста, се забележуваат попречни движења и ротациони движења на поединечни волумени на течност.Турбулентен проток на течност забележани под одредени услови (во доволно голем бројРејнолдс

) во цевки, канали, гранични слоеви во близина на површините на цврстите тела кои се движат во однос на течност или гас, во пресрет на таквите тела, млазови, зони за мешање помеѓу текови со различни брзини, како и во различни природни услови.Т.т. Re,се разликуваат од ламинарните не само по природата на движењето на честичките, туку и по распределбата на просечната брзина над пресекот на протокот, зависноста од просекот или макс. брзина, проток и коефициент ) во цевки, канали, гранични слоеви во близина на површините на цврстите тела кои се движат во однос на течност или гас, во пресрет на таквите тела, млазови, зони за мешање помеѓу текови со различни брзини, како и во различни природни услови.отпор од Рејнолдс број

Губење на притисокот при турбулентно движење на течноста

Сите загуби на хидраулична енергија се поделени на два вида: загуби од триење долж должината на цевководите и локални загуби предизвикани од такви елементи на цевководот во кои, поради промени во големината или конфигурацијата на каналот, брзината на протокот се менува, протокот се одвојува од ѕидовите на каналот и се јавува формирање на вител.

Наједноставниот локален хидрауличен отпор може да се подели на проширувања, контракции и вртења на каналот, од кои секое може да биде ненадејно или постепено.

Покомплексни случаи на локален отпор се соединенија или комбинации од наједноставните наведени отпори. Во турбулентен режим на движење на течности во цевките, дијаграмот за распределба на брзината ја има формата прикажана на сл. Во тенок близу ѕиден слој со дебелина δ, течноста тече во ламинарен режим, а останатите слоеви течат во турбулентен режим, и се нарекувааттурбулентно јадро

Така, строго кажано, турбулентното движење не постои во неговата чиста форма.

Тоа е придружено со ламинарно движење на ѕидовите, иако ламинарниот δ слој е многу мал во споредба со турбулентното јадро.

Модел на турбулентно движење на течност

Главната пресметковна формула за загуби на притисок при турбулентен проток на течност во кружни цевки е емпириската формула веќе дадена погоре, наречена формула Вајсбах-Дарси и ја има следната форма: Разликата лежи само во вредностите на коефициентот на хидрауличко триење λ. Овој коефициент зависи од Рејнолдсовиот број Re и од бездимензионалниот геометриски фактор - релативната грубост Δ/d (или Δ/r 0, каде r 0 е радиусот на цевката). Критичниот број на Рејнолдс Рејнолдсовиот број при кој се случува премин од еден начин на движење на течност во друг се нарекува критичен.

Така, критериумот за сличност на Рејнолдс ни овозможува да го процениме режимот на проток на течност во цевката. Во Ре< Re кр течение является ламинарным, а при Re >Протокот е турбулентен.

Поточно, целосно развиен турбулентен проток во цевките се воспоставува само кога Re е приближно еднакво на 4000, а на Re = 2300...4000 има преоден, критичен регион.

Како што покажува искуството, за тркалезни цевки Re cr е приближно еднаков на 2300.

Начинот на движење на течноста директно влијае на степенот на хидрауличниот отпор на цевководите.

За ламинарен режим