Ламинарный поток

редактировать
Поток, при котором частицы жидкости движутся по гладким траекториям в слоях На краю этого водопада можно увидеть как гладкий чистый ламинарный поток, так и турбулентный поток с пеной Профиль скорости, связанный с ламинарным потоком, напоминает колоду карт. Этот профиль потока жидкости в трубе показывает, что жидкость действует слоями, скользящими друг по другу.

В гидродинамике, ламинарный поток характеризуется частицами жидкости, следующими за гладкими пути в слоях, причем каждый слой плавно перемещается мимо соседних слоев с небольшим перемешиванием или без него. При низких скоростях жидкость имеет тенденцию течь без бокового перемешивания, и соседние слои скользят друг мимо друга, как игральные карты . Нет ни поперечных токов, перпендикулярных направлению потока, ни вихрей, ни завихрений жидкости. В ламинарном потоке частицы жидкости движутся очень упорядоченно, при этом частицы, близкие к твердой поверхности, движутся по прямым линиям, параллельным этой поверхности. Ламинарный поток - это режим потока, характеризующийся диффузией с высоким импульсом и низким импульсом конвекцией.

Когда жидкость течет через закрытый канал, такой как труба, или между двумя плоскими пластинами, любого из двух типов. потока может происходить в зависимости от скорости и вязкости жидкости: ламинарный поток или турбулентный поток. Ламинарный поток возникает при более низких скоростях, ниже порогового значения, при котором поток становится турбулентным. Скорость определяется безразмерным параметром, характеризующим поток, называемым числом Рейнольдса, которое также зависит от вязкости и плотности жидкости и размеров канала. Турбулентный поток - это менее упорядоченный режим потока, который характеризуется завихрениями или небольшими пакетами частиц жидкости, которые приводят к боковому перемешиванию. Говоря ненаучными терминами, ламинарный поток гладкий, а турбулентный - грубый.

Содержание

  • 1 Связь с числом Рейнольдса
  • 2 Примеры
  • 3 Ламинарные барьеры потока
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Связь с числом Рейнольдса

A сфера в потоке Стокса при очень низком числе Рейнольдса. Объект, движущийся в жидкости, испытывает силу сопротивления в направлении, противоположном его движению.

Тип потока, возникающий в жидкости в канале, важен в задачах гидродинамики и впоследствии влияет на тепло и массообмен в жидкостных системах. безразмерный число Рейнольдса является важным параметром в уравнениях, которые описывают, приводят ли полностью развитые условия потока к ламинарному или турбулентному потоку. Число Рейнольдса - это отношение силы инерции к поперечной силе жидкости: насколько быстро жидкость движется относительно того, насколько вязкой она является, независимо от шкалы жидкостной системы. Ламинарный поток обычно возникает, когда жидкость движется медленно или жидкость очень вязкая. По мере увеличения числа Рейнольдса, например, при увеличении скорости потока жидкости, поток будет переходить от ламинарного к турбулентному потоку в определенном диапазоне чисел Рейнольдса, диапазон ламинарно-турбулентного перехода в зависимости от небольшого возмущения. уровни жидкости или дефекты в проточной системе. Если число Рейнольдса очень мало, намного меньше 1, тогда жидкость будет демонстрировать стоксов, или ползущий поток, когда силы вязкости жидкости преобладают над силами инерции.

Конкретный расчет числа Рейнольдса и значений, при которых возникает ламинарный поток, будет зависеть от геометрии системы потока и характера потока. Типичный пример - поток через трубу, где число Рейнольдса определяется как

R e = ρ u DH μ = u DH ν = QDH ν A, {\ displaystyle \ mathrm {Re} = {\ frac {\ rho uD _ {\ text {H}}} {\ mu}} = {\ frac {uD _ {\ text {H}}} {\ nu}} = {\ frac {QD _ {\ text {H }}} {\ nu A}},}{\ displaystyle \ mathrm {Re} = {\ frac {\ rho uD _ {\ text {H}}} {\ mu}} = {\ frac {uD _ {\ text {H}}} {\ nu}} = {\ frac {QD _ {\ text {H}}} {\ nu A}},}

где:

DH- гидравлический диаметр трубы (м);
Q - объемный расход скорость (м / с);
A - площадь поперечного сечения трубы (м);
u - средняя скорость жидкости (единиц СИ : м / с);
μ - динамическая вязкость жидкости (Па · с = Н · с / м = кг / (м · с));
ν - кинематическая вязкость жидкости, ν = μ / ρ (м / с);
ρ - плотность жидкости (кг / м).

Для таких систем ламинарный поток возникает, когда число Рейнольдса ниже критического значения примерно 2040, хотя диапазон перехода обычно составляет от 1800 до 2100.

Для жидкостных систем, находящихся на внешнем поверхности, например, обтекающие объекты, взвешенные в жидкости d, другие определения чисел Рейнольдса могут использоваться для прогнозирования типа обтекания объекта. Число Рейнольдса Re p частицы может использоваться, например, для частицы, взвешенной в текущих жидкостях. Как и поток в трубах, ламинарный поток обычно возникает при более низких числах Рейнольдса, в то время как турбулентный поток и связанные с ним явления, такие как выпадение вихрей, возникают при более высоких числах Рейнольдса.

Примеры

В случае движущейся пластины в жидкости обнаружено, что существует слой (пластинка), который движется вместе с пластиной, и слой рядом с любой неподвижной пластиной, которая является неподвижной.
  1. Обычное применение ламинарного потока - это плавное течение вязкой жидкости через трубу или трубу. В этом случае скорость потока изменяется от нуля у стенок до максимальной вдоль центра поперечного сечения сосуда. Профиль ламинарного потока в трубе можно рассчитать, разделив поток на тонкие цилиндрические элементы и приложив к ним силу вязкости.
  2. Другим примером является поток воздуха над крылом самолета . Пограничный слой представляет собой очень тонкий слой воздуха, лежащий над поверхностью крыла (и всех других поверхностей самолета). Поскольку воздух имеет вязкость , этот слой воздуха имеет тенденцию прилипать к крылу. Когда крыло движется вперед по воздуху, пограничный слой сначала плавно обтекает обтекаемую форму аэродинамического профиля. Здесь поток является ламинарным, а пограничный слой представляет собой ламинарный слой . Прандтль применил концепцию ламинарного пограничного слоя к аэродинамическим профилям в 1904 году.
  3. Обычным примером является медленное, плавное и оптически прозрачное течение мелкой воды через гладкую преграду.
  4. Когда вода выходит из крана с небольшим усилием, сначала в ней проявляется ламинарный поток, но когда сразу же наступает ускорение силы тяжести, число Рейнольдса потока увеличивается со скоростью, и ламинарный поток может переход к турбулентному течению. Затем оптическая прозрачность уменьшается или полностью теряется.
  5. Комбинация ламинарного и турбулентного потоков на водопаде. Ламинарный (точно над гребнем) и турбулентный поток (сразу вниз по течению с белой пеной) водопада Виктория В водопадах встречается крупномасштабная версия примеров 3 и 4, как теперь широкие листы плавно текущей воды падают на гребень или край водопада. Сразу же переход к турбулентности наступает со скоростью из-за ускорения (число Рейнольдса пересекает порог турбулентности), и пенистая газированная вода заслоняет падающий поток.

Ламинарные барьеры потока

Файл: Экспериментальная камера для изучения хемотаксиса в ответ на ламинарный поток. Gv Play media Экспериментальная камера для изучения хемотаксис в ответ на ламинарный поток.

Ламинарный поток воздуха используется для разделения объемов воздуха или предотвращения попадания переносимых по воздуху загрязняющих веществ в зону. Ламинарные вытяжные шкафы используются для исключения загрязнений из чувствительных процессов в науке, электронике и медицине. Воздушные завесы часто используются в коммерческих помещениях для предотвращения прохождения нагретого или охлажденного воздуха через дверные проемы. реактор с ламинарным потоком (LFR) - это реактор , в котором используется ламинарный поток для изучения химических реакций и механизмов процесса.

См. Также

  • icon Физический портал

Ссылки

Внешние ссылки

Найдите laminar в Wiktionary, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-05-26 12:27:25
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте