Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ασταθούς ή μη σταθερής ροής ενός υγρού και της τυρβώδους ροής ενός υγρού;


Απάντηση 1:

Μεγάλη ερώτηση. Η παρακάτω περιγραφή είναι μια ομολογουμένως απλουστευμένη εξήγηση ενός εξαιρετικά περίπλοκου και περίπλοκου θέματος. και ένα που είναι αρκετά ανταμείβοντας για να μελετήσει σε βάθος.

Όταν μιλάμε για τύπους ροών, οι ρευστοί δυναμικοί συνήθως αναφέρονται σε καθεστώτα ροής. Μπορεί κανείς να σκεφτεί ένα καθεστώς ροής ως ένα είδος ροής που είναι καθολικό, μοιράζοντας γενικά χαρακτηριστικά και μαθηματικές περιγραφές σε όλες τις συγκεκριμένες εφαρμογές. Τα δύο πιο κοινά καθεστώτα ροής είναι η στρωτή ροή και η τυρβώδης ροή. Σε γενικές γραμμές, οι ελασματοειδείς ροές εμφανίζονται σταθερές και ομαλές, ενώ οι τυρβώδεις ροές εμφανίζονται ασταθείς, στροβιλισμένες και μη περιοδικές.

Ορισμένες από τις πρώτες επιστημονικές έρευνες για τις διαφορές και τις αιτίες αυτών των δύο τύπων ροών διευθύνονταν από τον Osborne Reynolds στα τέλη του 1800, με αποκορύφωμα την πραγματεία του για το θέμα "Σχετικά με τη δυναμική θεωρία των ασυμπίεστα ιξωδών υγρών και τον καθορισμό του κριτηρίου ".

Από τις μελέτες του και τις προηγούμενες μελέτες του George Stokes προέκυψε ο ορισμός ενός αδιάστατου αριθμού ο οποίος έχει συσχετιστεί πολύ με το αν μια ροή είναι στρωτή ή τυρβώδης, ο αριθμός Reynolds που εκφράζει την αναλογία αδρανειακής αντίστασης σε ιξώδη αντίσταση για ένα ρέον ρευστό .

Μέσα από αυτές τις μελέτες και άλλες που ακολουθήθηκαν, έγινε αποδεδειγμένο ότι οι ροές που ορίζονται εν μέρει από τα χαμηλά #s του Reynolds εμφάνιζαν στρωτή ροή ενώ οι ροές που ορίζονται από τον υψηλό Reynolds '# παρουσίαζαν ταραγμένη συμπεριφορά. Ένα παράδειγμα αυτής της εξάρτησης μπορεί να φανεί στο παρακάτω σχήμα για ροή πέρα ​​από έναν δισδιάστατο κύλινδρο.

μέσω του Phyiscs.info

Πριν καταλήξουμε σε αυτό που συμβαίνει σε αυτή τη γκρίζα περιοχή ανάμεσα στις στρωματοειδείς και τις τυρβώδεις ροές, συνήθως αναφέρεται ως η ελασματο-στροβιλώδης μετάβαση, θα πρέπει τυπικά να ορίσουμε την "ασταθή ροή". Ασταθής ροή είναι οποιαδήποτε ροή που παρουσιάζει χρονική εξάρτηση. Μιλώντας μαθηματικά, οι ασταθείς ροές είναι εκείνες όπου το μερικό παράγωγο του πεδίου ταχύτητας σε σχέση με το χρόνο στις εξισώσεις Navier-Stokes που φαίνεται παρακάτω δεν είναι ίσο με το μηδέν:

Για ροές σε ελάσματα, αυτό το παράγωγο είναι ίσο με το μηδέν και η ροή είναι σταθερή.

Για κάθε συγκεκριμένο παράδειγμα ροής, η μετάβαση από τη στρωτή σε τυρβώδη ροή μπορεί να συμβεί σε ένα ευρύ φάσμα αριθμών Reynolds, αλλά θα παραμείνουμε με το παράδειγμα 2-διαστάσεων κυλίνδρου για λόγους ευκολίας. Στο Reynolds '#s μεταξύ 100 και 1000 αρχίζουμε να δούμε αλλαγές στη συμπεριφορά ροής. Κατ 'αρχάς, η ροή διαχωρίζεται από τον κύλινδρο δημιουργώντας επανακυκλοφορούντες στροφές στην κάτω πλευρά του κυλίνδρου. Καθώς το Reynolds '# συνεχίζει να αυξάνεται, αυτές οι δαιδώσεις αποσυνδέονται και σχηματίζουν μια περιοδική ροή που είναι γνωστή ως ο δρόμος vormer του von Karman, που απεικονίζεται παρακάτω.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Όπως μπορεί να δει ο αναγνώστης, αυτή η ροή είναι προφανώς ασταθής, καθώς είναι περιοδική με την πάροδο του χρόνου, αλλά δεν είναι και ταραγμένη. Μια τέτοια περιοδική ροή είναι ένα βήμα που συχνά παρατηρείται στη μετάβαση από τη στρωτή σε τυρβώδη ροή, μια εξαιρετικά περίπλοκη διαδικασία η οποία επί του παρόντος δεν είναι πλήρως κατανοητή. Αυτό που είναι προφανές είναι ότι τα μεταβατικά ρεύματα παρουσιάζουν χαρακτηριστικά στάδια, όπως περιγράφονται εδώ, και είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα της αστάθειας των εξισώσεων Navier-Stokes και της συμπεριφοράς τους ως χαοτικό, μη γραμμικό, δυναμικό σύστημα. Ακόμη και τα απλά δυναμικά συστήματα είναι γνωστά ότι υφίστανται μεταβάσεις από σταθερή σε ασταθή συμπεριφορά, που θυμίζουν πραγματικά την πραγματική μεταβατική συμπεριφορά ροής υγρών, με το έργο του David Ruelle και Floris Takens να είναι η πιο διάσημη προσπάθεια σε μια τέτοια μαθηματική περιγραφή της χαοτικής διαδρομής ταραχή.


Απάντηση 2:

Εξετάστε ένα παράδειγμα: Ροή σε κυκλικό σωλήνα. Ας παρακολουθήσουμε το x-συστατικό της ταχύτητας (u) στο σημείο P (ας πούμε)

Ασταθή ροή (όπως το ίδιο το όνομα υποδηλώνει) είναι η ροή των οποίων οι ιδιότητες ποικίλλουν με το χρόνο w.r.t. Και η σταθερή ροή είναι η ροή της οποίας οι ιδιότητες δεν αλλάζουν τον χρόνο w.r.t.

η στρωτή ροή μπορεί να είναι σταθερή (Σχήμα Α) ή αστάθεια (Σχήμα Β)

Αυστηρά μιλώντας, η στροβιλώδης ροή είναι πάντοτε εγγενώς ασταθής (Σχήμα C), καθώς συνεπάγεται τυχαίες ακανόνιστες ταχείες μεταβολές των ιδιοτήτων ροής υγρού w.r.t χρόνου, εξαιτίας δυνάμεων που προκαλούν αδρανείς διαταραχές.

Όμως, οι ταλαντούχες ροές μπορούν να αντιμετωπιστούν ως στατιστικά σταθερή στροβιλώδη ροή (μόνο με στατιστική έννοια, οι μέσες ιδιότητες ροής δεν μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου) και η στατιστικά ασταθής στροβιλώδης ροή (τα μέσα χαρακτηριστικά ροής ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου) Ακόμη και αν η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς τυχαία και ασταθής, η μέση ροή μπορεί να είναι σταθερή ή ασταθής.

Συμπερασματικά, η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς ασταθής ροή, ωστόσο σε στατιστική έννοια μπορεί να αντιμετωπιστεί είτε σταθερή είτε ασταθής.

Ελπίζω ότι αυτό βοηθά !!!


Απάντηση 3:

Εξετάστε ένα παράδειγμα: Ροή σε κυκλικό σωλήνα. Ας παρακολουθήσουμε το x-συστατικό της ταχύτητας (u) στο σημείο P (ας πούμε)

Ασταθή ροή (όπως το ίδιο το όνομα υποδηλώνει) είναι η ροή των οποίων οι ιδιότητες ποικίλλουν με το χρόνο w.r.t. Και η σταθερή ροή είναι η ροή της οποίας οι ιδιότητες δεν αλλάζουν τον χρόνο w.r.t.

η στρωτή ροή μπορεί να είναι σταθερή (Σχήμα Α) ή αστάθεια (Σχήμα Β)

Αυστηρά μιλώντας, η στροβιλώδης ροή είναι πάντοτε εγγενώς ασταθής (Σχήμα C), καθώς συνεπάγεται τυχαίες ακανόνιστες ταχείες μεταβολές των ιδιοτήτων ροής υγρού w.r.t χρόνου, εξαιτίας δυνάμεων που προκαλούν αδρανείς διαταραχές.

Όμως, οι ταλαντούχες ροές μπορούν να αντιμετωπιστούν ως στατιστικά σταθερή στροβιλώδη ροή (μόνο με στατιστική έννοια, οι μέσες ιδιότητες ροής δεν μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου) και η στατιστικά ασταθής στροβιλώδης ροή (τα μέσα χαρακτηριστικά ροής ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου) Ακόμη και αν η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς τυχαία και ασταθής, η μέση ροή μπορεί να είναι σταθερή ή ασταθής.

Συμπερασματικά, η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς ασταθής ροή, ωστόσο σε στατιστική έννοια μπορεί να αντιμετωπιστεί είτε σταθερή είτε ασταθής.

Ελπίζω ότι αυτό βοηθά !!!


Απάντηση 4:

Εξετάστε ένα παράδειγμα: Ροή σε κυκλικό σωλήνα. Ας παρακολουθήσουμε το x-συστατικό της ταχύτητας (u) στο σημείο P (ας πούμε)

Ασταθή ροή (όπως το ίδιο το όνομα υποδηλώνει) είναι η ροή των οποίων οι ιδιότητες ποικίλλουν με το χρόνο w.r.t. Και η σταθερή ροή είναι η ροή της οποίας οι ιδιότητες δεν αλλάζουν τον χρόνο w.r.t.

η στρωτή ροή μπορεί να είναι σταθερή (Σχήμα Α) ή αστάθεια (Σχήμα Β)

Αυστηρά μιλώντας, η στροβιλώδης ροή είναι πάντοτε εγγενώς ασταθής (Σχήμα C), καθώς συνεπάγεται τυχαίες ακανόνιστες ταχείες μεταβολές των ιδιοτήτων ροής υγρού w.r.t χρόνου, εξαιτίας δυνάμεων που προκαλούν αδρανείς διαταραχές.

Όμως, οι ταλαντούχες ροές μπορούν να αντιμετωπιστούν ως στατιστικά σταθερή στροβιλώδη ροή (μόνο με στατιστική έννοια, οι μέσες ιδιότητες ροής δεν μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου) και η στατιστικά ασταθής στροβιλώδης ροή (τα μέσα χαρακτηριστικά ροής ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου) Ακόμη και αν η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς τυχαία και ασταθής, η μέση ροή μπορεί να είναι σταθερή ή ασταθής.

Συμπερασματικά, η στροβιλώδης ροή είναι εγγενώς ασταθής ροή, ωστόσο σε στατιστική έννοια μπορεί να αντιμετωπιστεί είτε σταθερή είτε ασταθής.

Ελπίζω ότι αυτό βοηθά !!!