Поток ламинарный

Поток ламинарный

Поток ламинарный

Описание:

Помещения операционных являются одним из самых ответственных звеньев в структуре больничного здания с точки зрения важности хирургического процесса, а также обеспечения особых условий микроклимата, необходимых для удачного его проведения и завершения.

Здесь источником выделения бактериальных частиц является в основном медицинский персонал, способный генерировать частицы и выделять микроорганизмы при движении по помещению.

За последние десятилетия в нашей стране и за рубежом отмечается рост гнойно-воспалительных заболеваний, вызванных инфекциями, которые по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) принято называть внутрибольничными (ВБИ).

Анализ заболеваний, вызванных ВБИ, показывает, что их частота и продолжительность находятся в прямой зависимости от состояния воздушной среды помещений больниц. Для обеспечения требуемых параметров микроклимата в операционных (и производственных чистых помещениях) применяются воздухораспределители однонаправленного потока.

Результаты контроля воздушной среды и анализ движения потоков воздуха показал, что работа таких распределителей обеспечивает требуемые параметры микроклимата, но зачастую ухудшает бактериологическую чистоту воздуха.

Для защиты критической зоны необходимо, чтобы поток воздуха, выходящий из устройства, сохранял прямолинейность и не терял форму своих границ, то есть поток не должен расширяться или сужаться над защищаемой зоной, где находится хирургический

Помещения операционных являются одним из самых ответственных звеньев в структуре больничного здания с точки зрения важности хирургического процесса, а также обеспечения особых условий микроклимата, необходимых для удачного его проведения и завершения.

Здесь источником выделения бактериальных частиц является в основном медицинский персонал, способный генерировать частицы и выделять микроорганизмы при движении по помещению.

[attention type=yellow]

Интенсивность поступления частиц в воздух помещения зависит от степени подвижности людей, температуры и скорости воздуха в помещении.

[/attention]

ВБИ имеет свойство перемещаться по помещению операционной с потоками воздуха, и всегда присутствует риск ее проникновения в незащищенную раневую полость оперируемого больного. Из наблюдений очевидно, что неправильно организованная работа систем вентиляции приводит к интенсивному накоплению инфекции до уровней, превышающих допустимые [1].

На протяжении нескольких десятилетий специалисты разных стран занимаются разработкой системных решений по обеспечению условий воздушной среды операционных.

Воздушный поток, подаваемый в помещение, должен не только ассимилировать различные вредности (тепло, влажность, запахи, вредные вещества), поддерживать требуемые параметры микроклимата, но и обеспечивать защиту строго установленных зон от попадания в них инфекций, то есть необходимую чистоту воздуха помещений.

Зону, где проводятся инвазивные вмешательства (проникновение в организм человека), можно называть операционной зоной или «критической» [2, 3].

Стандарт [4] определяет такую зону как «операционную санитарно-защитную зону» и подразумевает под ней пространство, где размещается операционный стол, вспомогательные столики для инструментов и материалов, аппаратура, а также медицинский персонал в стерильной одежде. В [5] есть понятие «технологического ядра», относящееся к зоне проведения производственных процессов в стерильных условиях, которую по смыслу можно соотнести с операционной зоной.

Для предотвращения проникновения загрязнений бактериального характера в наиболее критические области стали широко применяться способы экранирования посредством использования вытесняющего потока воздуха.

Были созданы воздухораспределители ламинарного потока воздуха различных конструкций, впоследствии термин «ламинарный» был изменен на «однонаправленный» поток.

[attention type=red]

В настоящее время можно встретить самые различные названия воздухораспределяющих устройств в чистых помещениях, такие как «ламинар», «ламинарный потолок», «операционный потолок», «операционная система чистого воздуха» и т. д., что не меняет их сути.

[/attention]

Воздухораспределитель встраивается в конструкцию потолка над зоной защиты помещения и может быть различных размеров в зависимости от расхода воздуха. Рекомендуемая оптимальная площадь такого потолка [6] должна быть не менее 9 м2 с целью полного перекрывания операционной зоны со столами, оборудованием и персоналом.

Вытесняющий воздушный поток с малыми скоростями поступает сверху-вниз, как завеса, отсекая и асептическое поле зоны хирургического вмешательства, и зону передачи стерильного материала от окружающей среды. Удаление воздуха производится из нижней и верхней зон помещения одновременно. В конструкцию потолка встраиваются HEPA-фильтры (класс Н по [7]), через которые проходит приточный воздух. Фильтры задерживают, но не обеззараживают живые частицы.

В настоящее время во всем мире уделяется большое внимание вопросам обеззараживания воздуха помещений больничных и других учреждений, где имеются источники бактериальных загрязнений.

В документах [4, 1, 8] озвучены требования о необходимости обеззараживания воздуха операционных с эффективностью инактивации частиц не менее 95 %, а также воздуховодов и оборудования климатических систем [9–13].

Бактериальные частицы, выделяемые хирургическим персоналом, непрерывно поступают в воздух помещения, накапливаются в нем. Чтобы концентрация частиц в воздухе помещения не достигала предельно допустимых уровней [1], необходим контроль воздушной среды.

Такой контроль следует обязательно проводить после монтажа климатических систем, технического обслуживания или ремонта, то есть в режиме эксплуатируемого чистого помещения.

Применение в операционных воздухораспределителей однонаправленного потока со встроенными фильтрами сверхтонкой очистки потолочного типа стало обычным явлением для проектировщиков.

Воздушные потоки больших объемов идут вниз помещения с маленькими скоростями, отсекая защищаемую зону от окружающей среды.

Тем не менее, многие специалисты не подозревают, что этих решений не достаточно для поддержания должного уровня обеззараживания воздуха во время хирургических операций.

Дело в том, что конструкций воздухораспределительных устройств достаточно много, каждое из которых имеет свою область применения.

[attention type=green]

Чистые помещения операционных внутри своего «чистого» класса [1] делятся на классы по степени чистоты в зависимости от назначения [14].

[/attention]

Например, операционные общехирургического профиля, кардиохирургические или ортопедические и т. д. К каждому конкретному случаю предъявляются свои требования по обеспечению чистоты.

Первые примеры применения воздухораспределителей для чистых помещений появились в середине 1950 годов. С тех пор стало традиционным распределение воздуха в чистых производственных помещениях в случаях, когда в них требуется обеспечить низкие концентрации частиц или микроорганизмов, производить через перфорированный потолок [16, 17].

Воздушный поток движется через весь объем помещения в одном направлении с равномерной скоростью, обычно равной 0,3–0,5 м/с. Воздух подается через группу высокоэффективных воздушных фильтров, размещенных на потолке чистого помещения. Подача воздуха организована по принципу воздушного поршня, движущегося вниз через все помещение, удаляя при этом загрязнения.

Удаление воздуха происходит через пол. Такой характер движения воздуха способствует удалению аэрозольных загрязнений, источниками которых является персонал и процессы. Такая организация вентиляции направлена на обеспечение чистоты воздуха помещения, но требует больших расходов воздуха и поэтому неэкономична.

Для чистых комнат класса 1 000 или класса ISO 6 (по классификации ISO) воздухообмен может составлять от 70 до 160 крат/ч.

В дальнейшем появились более рациональные устройства модульного типа значительно меньших размеров с маленькими расходами, позволяющие выбирать приточное устройство исходя из размеров защищаемой зоны и требуемых кратностей воздухообмена помещения в зависимости от назначения помещения.

Анализ работы ламинарных воздухораспределителей

Ламинарные устройства применяются в чистых производственных помещениях и служат для раздачи больших объемов воздуха, предусматривая наличие специально спроектированных потолков, напольных вытяжек и регулирования давления в помещении.

В этих условиях работа распределителей ламинарного потока гарантированно обеспечивает требуемый однонаправленный поток с параллельными линиями тока. Высокая кратность воздухообмена способствует подержанию в приточном потоке воздуха условий, близких к изотермическим.

[attention type=yellow]

Потолки, спроектированные под распределение воздуха при больших воздухообменах, за счет большой площади обеспечивают маленькую начальную скорость воздушного потока.

[/attention]

Работа вытяжных устройств, расположенных на уровне пола, и контроль давления воздуха в помещении сводят к минимуму размеры зон рециркуляции потоков, и легко срабатывает принцип «одного прохода и одного выхода». Взвешенные частицы прижимаются к полу и удаляются, поэтому риск возникновения их рециркуляции невелик.

Однако при работе таких воздухораспределителей в операционной ситуация существенно меняется.

Для поддержания допустимых уровней бактериологической чистоты воздуха в операционных значения воздухообмена по расчету обычно составляют в среднем 25 крат/ч и даже меньше, то есть они не сопоставимы со значениями для производственных помещений.

Для поддержания стабильности движения потоков воздуха между операционной и смежными помещениями в ней обычно поддерживается избыточное давление. Удаление воздуха производится через вытяжные устройства, симметрично установленные в стенах нижней зоны помещения.

Для раздачи более маленьких объемов воздуха применяются, как правило, ламинарные устройства небольшой площади, которые устанавливаются только над критической зоной помещения в виде острова посреди комнаты, вместо использования всего потолка.

Как показывают наблюдения, такие ламинарные устройства не всегда будут обеспечивать однонаправленный поток.

Поскольку почти всегда присутствует перепад между температурой в приточной струе и температурой окружающего воздуха (5–7 °С), более холодный воздух, выходящий из приточного устройства, опускается намного быстрее, чем изотермический однонаправленный поток.

Для работы потолочных диффузоров, применяемых в общественных учреждениях, это обычное явление. Существует ошибочное общепринятое мнение, что ламинары обеспечивают стабильный однонаправленный воздушный поток независимо от места или способа их применения.

[attention type=red]

На самом деле, в реальных условиях скорость низкотемпературного вертикального ламинарного потока будет увеличиваться по мере приближения к полу. Чем больше объем приточного воздуха и ниже его температура относительно воздуха помещения, тем больше ускорение его потока.

[/attention]

Из таблицы видно, что применение ламинарной системы площадью 3 м2 с температурным перепадом в 9 °С дает увеличение скорости воздуха в три раза уже на расстоянии 1,8 м от начала пути. Скорость воздуха на выходе из приточного устройства составляет 0,15 м/с, а на уровне операционного стола достигает 0,46 м/с.

Это значение превышает допустимый уровень [1]. Уже давно многими исследованиями доказано, что при завышенных скоростях приточного потока невозможно сохранить его «однонаправленность». Анализ контроля воздушной среды в операционных, проводимый, в частности, Салвати (Salvati, 1982) и Льюисом (Lewis, 1993), показал, что в некоторых случаях применение ламинарных установок с высокими скоростями воздуха приводит к росту уровня обсемененности воздуха в области хирургического разреза с последующим риском его заражения.

Зависимость скорости воздушного потока от площадиламинарной панели и температуры приточного воздуха
Расход воздуха, м3/(ч • м2)Давление, ПаСкорость воздуха на расстоянии 2 м от панели, м/с
3 °С T6 °С T8 °С T11 °С TNC
Одиночная панель18320,100,130,150,18

Источник: https://naturalpeople.ru/potok-laminarnyj/

Ламинарный режим движения жидкости

Поток ламинарный

Движение жидкости, наблюдаемое при малых скоростях, при котором отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу и оси потока, называют ламинарный режим движения жидкости.

В этой статье подробно описывается процесс ламинарного режима, переход в ламинарного режима из турбулентный, формула и закон этого режима и многое другое.

Ламинарный режим движения в опытах

Очень наглядное представление о ламинарном режиме движения жидкости можно получить из опыта Рейнольдса. Подробное описание здесь.

Жидкая среда вытекает из бака через прозрачную трубу и через кран уходит на слив. Таким образом жидкость течет с определенным небольшим и постоянным расходом.

На входе в трубу установлена тонкая трубочка по которой в центральную часть потока поступает подкрашенная среда.

При попадании краски в поток жидкости движущейся с небольшой скоростью красная краска будет двигаться ровной струйкой. Из этого опыта можно сделать вывод о слоистом течении жидкости, без перемешивания и вихреообразования.

Такой режим течения жидкости принято назыать ламинарным.

Рассмотрим основные закономерности ламинарного режима при равномерном движении в круглых трубах, ограничиваясь случаями, когда ось трубы горизонтальна.

При этом мы будем рассматривать уже сформировавшийся поток, т.е. поток на участке, начало которого находится от входного сечения трубы на расстоянии, обеспечивающем окончательный устойчивый вид распределения скоростей по сечению потока.

Имея ввиду, что ламинарный режим течения имеет слоистый(струйный) характер и происходит без перемешивания частиц, следует считать, что в ламинарном потоке будут иметь место только скорости, параллельные оси трубы, поперечные же скорости будут отсутствовать.

Можно представить себе, что в этом случае движущаяся жидкость как бы разделяется на бесконечно большое число бесконечно тонких цилиндрических слоев, параллельных оси трубопровода и движущихся один внутри другого с различными скоростями, увеличивающимися в направлении от стенок к оси трубы.

При этом скорость в слое, непосредственно соприкасающемся со стенками из-за эффекта прилипания равна нулю и достигает максимального значения в слое, движущемся по оси трубы.

Формула ламинарного режима течения

Принятая схема движения и введенные выше предположения позволяют теоретическим путем установить закон распределения скоростей в поперечном сечении потока при ламинарном режиме.

Для этого сделаем следующее. Обозначим внутренний радиус трубы через r и выберем начало координат в центре её поперечного сечения O, направив ось х по оси трубы, а ось z по вертикали.

Теперь выделим внутри трубы объем жидкости в виде цилиндра некоторого радиуса y длиной L и применим к нему уравнение Бернулли. Так как вследствии горизонтальности оси трубы z1=z2=0, то

где R – гидравлический радиус сечения выделенного цилиндрического объема = у/2

τ – единичная сила трения = – μ * dυ/dy

Подставляя значения R и τ в исходное уравнение получим

[attention type=green]

Задавая различные значения координаты y, можно вычислить скорости в любой точке сечения. Максимальная скорость, очевидно, будет при y=0, т.е. на оси трубы.

[/attention]

Для того, чтобы изобразить это уравнения графически, необходимо отложить в определенном масштабе от некоторой произвольной прямой АА скорости в виде отрезков, направленных по течению жидкости, и концы отрезков соединить плавной кривой.

Полученная кривая и представит собой кривую распределения скоростей в поперечном сечении потока.

График изменения силы трения τ по сечению выглядит совсем по другому. Таким образом, при ламинарном режиме в цилиндрической трубе скорости в поперечном сечении потока изменяются по параболическому закону, а касательные напряжения – по линейному.

Полученные результаты справедливы для участков труб с вполне развитым ламинарным течением. В действительности, жидкость, которая поступает в трубу, должна пройти от входного сечения определенный участок, прежде чем в трубе установится соответствующий ламинарному режиму параболический закон распределения скоростей.

Развитие ламинарного режима в трубе

Развитие ламинарного режима в трубе можно представить себе следующим образом. Пусть, например, жидкость входит в трубу из резервуара большого размеры, кромки входного отверстия которого хорошо закруглены.

В этом случае скорости во всех точках входного поперечного сечения будут практически одинаковы, за исключением очень тонкого, так называемого пристенного слоя(слоя вблизи стенок), в котором вследствие прилипания жидкости к стенкам происходит почти внезапное падение скорости до нуля. Поэтому кривая скоростей во входном сечении может быть представлена достаточно точно в виде отрезка прямой.

По мере удаления от входа, вследствие трения у стенок, слои жидкости, соседние с пограничным слоем, начинают затормаживаться, толщина этого слоя постепенно увеличивается, а движение в нем, наоборот, замедляется.

Центральная же часть потока (ядро течения), еще не захваченная трением, продолжает двигаться как одно целое, с примерно одинаковой для всех слоев скоростью, причем замедление движения в пристенном слое неизбежно вызывает увеличение скорости в ядре.

Таким образом, в середине трубы, в ядре, скорость течения все время возрастает, а у стенок, в растущем пограничном слое, уменьшается. Это происходит до тех пор, пока пограничный слой не захватит всего сечения потока и ядро не будет сведено к нулю. На этом формирование потока заканчивается, и кривая скоростей принимает обычную для ламинарного режима параболическую форму.

Переход от ламинарного течения к турбулентному

Ламинарное течения жидкости при некоторых условиях способно перейти в турбулентное. При повышении скорости течения потока слоистая структура потока начинает разрушаться, появляются волны и вихри, распространение которых в потоке говорит о нарастающем возмущении.

Постепенно количество вихрей начинает возрастать, и возрастает пока струйка не разобьется на множество перемешивающихся между собой более мелких струек.

Хаотичное движение таких мелких струек позволяет говорить о начале перехода ламинарного режима течения в турбулентное. С увеличением скорости ламинарное течение теряет свою устойчивость, при этом любые случайные небольшие возмущения, которые раньше вызывали только лишь малые колебания, начинают быстро развиваться.

о ламинарном течении

В бытовом случае переход одного режима течения в другой можно отследить на примере струи дыма. Сначала частицы движутся практически параллельно по неизменяемым во времени траекториям. Дым практически неподвижен.

Со временем в некоторых местах вдруг возникают крупные вихри, которые двигаются по хаотичным траекториям. Эти вихри распадаются на более маленькие, те – на еще более мелкие и так далее.

В конце концов, дым практически смешивается с окружающим воздухом.

В дополнение к статье “Ламинарный режим движения жидкости” Вам может быть интересно:

Источник: https://www.nektonnasos.ru/article/gidravlika/laminarnyj-rezhim/

Турбулентность – одна из самых больших неразгаданных тайн физики

Поток ламинарный

Всякий, кто хотя бы десяток раз летал в самолете, знает, что такое турбулентность. Это когда вас и ваших попутчиков начинает сильно трясти. Самые пугливые пассажиры начинают молиться и лезут за валидолом.

Если в этот момент выглянуть в иллюминатор, то никакой грозы или урагана там может не обнаружиться – часто это происходит в совершенно безоблачном небе. Возможно, это вас как-то утешит, но турбулентность до сих пор остаётся одной из самых больших тайн физики.

За более чем сто лет изучения этого явления учёным удалось найти лишь несколько ответов на вопрос о том, как она возникает и как влияет на объекты окружающего нас мира.

Турбулентность

Турбулентность – это не только то, что пугает пассажиров летательных аппаратов. Она вездесуща и возникает практически в любой системе, где есть движущиеся струи.

Это относится, например, к потокам воздуха в дыхательных путях человека, движению крови по артериям или кофе в чашке, когда вы его размешиваете. Турбулентность воздействует на облака, на волны, разбивающиеся о берег моря, на выбросы плазмы на Солнце.

Понимание этого феномена может положительно отразиться на многих аспектах нашей повседневной жизни.

Ламинарный поток

Жидкости и газы обычно движутся двумя способами: как ламинарный поток, который отличается стабильностью и равномерностью, и как турбулентный поток, полностью состоящий из хаотичных завихрений. Вспомните, как тлеет ароматическая палочка. У основания столбика дыма струя устойчива.

Вы легко можете угадать, какой она будет и через минуту, и через пять. Однако, поднимаясь, дым ускоряется, становится неустойчивым, и начинает представлять собой нечто хаотичное.

Это весьма наглядное проявление турбулентности – которая, тем не менее, сообщает движущимся потокам некие общие характеристики.

[attention type=yellow]

Во-первых, они всегда хаотичны. Это не совсем то же самое, что «случайность». Данное свойство скорее означает, что турбулентный поток крайне чувствителен к мельчайшим пробоям и прерываниям. Даже микроскопические толчки с той или иной стороны приводят к совершенно разным результатам.

[/attention]

По этой причине движение такого потока практически невозможно предсказать, даже если вы обладаете всей полнотой информации о текущем состоянии системы. Ещё одной важной характеристикой турбулентности являются разные масштабы движения внутри потоков.

Они состоят из множества разноразмерных вихрей, которые постоянно взаимодействуют друг с другом, распадаются, уменьшаются, и всё это в конечном итоге превращается в тепло. Этот процесс называется “энергетическим каскадом”.

Почему возникает турбулентность?

Именно по этим признакам и распознается турбулентность. Вопрос в том, почему она возникает. Каждый движущийся поток жидкости или газа характеризуется двумя разнонаправленными силами – инерцией и вязкостью.

Инерция – это стремление потока продолжать движение, что порождает нестабильность. Вязкость, наоборот, сглаживает возмущения, стремясь сделать поток ламинарным. В густых жидкостях, таких, как мед, почти всегда побеждает вязкость.

Вода и воздух, наоборот, более склонны к инерции, что порождает нестабильность, развивающуюся в турбулентность.  Для измерения соотношения между инерцией потока и его вязкостью используется так называемое число Рейнольдса. Чем оно выше, тем выше вероятность возникновения турбулентности.

У мёда, выливаемого в чашку, это значение находится в районе единицы. У воды, с которой делают то же самое, оно ближе к десяти тысячам. 

Число Рейнольдса эффективно объясняет простые сценарии, но этого нельзя сказать о сложных системах.

Оно не работает уже при описании таких относительно простых явлений, как воздействие потока воздуха встречного грузовика на вашу легковушку или порывов ветра на небоскрёб.

Естественно, всё это может моделироваться благодаря множеству ранее проведённых экспериментов и собранных эмпирических данных.

Однако физики хотят получить возможность вычислять это с помощью формул и уравнений, как это удалось добиться в отношении, например, орбитального движения планет или направления электромагнитных полей.Сегодня считается, что это станет возможно в результате накопления статистических данных и увеличения вычислительной производительности  компьютеров.

Мощные симуляции турбулентных потоков способны, как кажется, выявить закономерности, которые затем могут быть использованы для создания некой универсальной теории.

Противники данной идеи считают, что это явление слишком сложно и полноценно описать его не удастся. И всё же хочется надеяться, что турбулентность будет изучена в достаточной степени.

Это будет иметь огромное практическое значение.

[attention type=red]

Представьте себе гораздо более эффективные ветряные электростанции, хирургически точные прогнозы погоды, рассеивание ещё не набравших силу тропических ураганов – это лишь немногие из сфер применения знаний, касающихся турбулентности. И, естественно, отпадёт необходимость брать успокаивающее на борт пассажирских самолётов.

[/attention]

Уникальность статьи проверена на text.ru!

Подписывайтесь на наш молодой и энергичный канал!

Ставьте пальце вверх если статья Вам понравилась!

Если не понравилась – напишите что именно и мы постараемся ответить на Ваши вопросы !

Вам так же понравятся:

|Мамонтова Пещера в Соединенных штатах Америки|

|Денисова пещера – окно в доисторическое прошлое планеты|

|Мертвое море – источник здоровья и долголетия|

СПАСИБО ЧТО ВЫ С НАМИ!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/kosmogid/turbulentnost-odna-iz-samyh-bolshih-nerazgadannyh-tain-fiziki-5cc1d19210654100b2d86104

Ламинарное и турбулентное течение. Режимы течения жидкости

Поток ламинарный

Изучение свойств потоков жидкостей и газов очень важно для промышленности и коммунального хозяйства. Ламинарное и турбулентное течение сказывается на скорости транспортировки воды, нефти, природного газа по трубопроводам различного назначения, влияет на другие параметры. Этими проблемами занимается наука гидродинамика.

Классификация

В научной среде режимы течения жидкости и газов разделяют на два совершенно разных класса:

  • ламинарные (струйные);
  • турбулентные.

Также различают переходную стадию. Кстати, термин «жидкость» имеет широкое значение: она может быть несжимаемой (это собственно жидкость), сжимаемой (газ), проводящей и т. д.

История вопроса

Еще Менделеевым в 1880 году была высказана идея о существовании двух противоположных режимов течений. Более подробно этот вопрос изучил британский физик и инженер Осборн Рейнольдс, завершив исследования в 1883 году.

Сначала практически, а затем с помощью формул он установил, что при невысокой скорости течения перемещение жидкостей приобретает ламинарную форму: слои (потоки частиц) почти не перемешиваются и движутся по параллельным траекториям.

Однако после преодоления некоего критического значения (для различных условий оно разное), названного числом Рейнольдса, режимы течения жидкости меняются: струйный поток становится хаотичным, вихревым – то есть, турбулентным. Как оказалось, эти параметры в определенной степени свойственны и газам.

Практические расчеты английского ученого показали, что поведение, например, воды, сильно зависит от формы и размеров резервуара (трубы, русла, капилляра и т.д.), по которому она течет.

В трубах, имеющих круглое сечение (такие используют для монтажа напорных трубопроводов), свое число Рейнольдса – формула критического состояния описывается так: Re = 2300. Для течения по открытому руслу число Рейнольдса другое: Re = 900.

При меньших значениях Re течение будет упорядоченным, при больших – хаотичным.

Ламинарное течение

Отличие ламинарного течения от турбулентного состоит в характере и направлении водных (газовых) потоков. Они перемещаются слоями, не смешиваясь и без пульсаций. Другими словами, движение проходит равномерно, без беспорядочных скачков давления, направления и скорости.

Ламинарное течение жидкости образуется, например, в узких кровеносных сосудах живых существ, капиллярах растений и в сопоставимых условиях, при течении очень вязких жидкостей (мазута по трубопроводу).

Чтобы наглядно увидеть струйный поток, достаточно немного приоткрыть водопроводный кран – вода будет течь спокойно, равномерно, не смешиваясь.

Если краник отвернуть до конца, давление в системе повысится и течение приобретет хаотичный характер.

Турбулентное течение

В отличие от ламинарного, в котором близлежащие частицы движутся по практически параллельным траекториям, турбулентное течение жидкости носит неупорядоченный характер.

Если использовать подход Лагранжа, то траектории частиц могут произвольно пересекаться и вести себя достаточно непредсказуемо.

Движения жидкостей и газов в этих условиях всегда нестационарные, причем параметры этих нестационарностей могут иметь весьма широкий диапазон.

[attention type=green]

Как ламинарный режим течения газа переходит в турбулентный, можно отследить на примере струйки дыма горящей сигареты в неподвижном воздухе. Вначале частицы движутся практически параллельно по неизменяемым во времени траекториям.

[/attention]

Дым кажется неподвижным. Потом в каком-то месте вдруг возникают крупные вихри, которые движутся совершенно хаотически. Эти вихри распадаются на более мелкие, те – на еще более мелкие и так далее.

В конце концов, дым практически смешивается с окружающим воздухом.

Циклы турбулентности

Вышеописанный пример является хрестоматийным, и из его наблюдения ученые сделали следующие выводы:

  1. Ламинарное и турбулентное течение имеют вероятностный характер: переход от одного режима к другому происходит не в точно заданном месте, а в достаточно произвольном, случайном месте.
  2. Сначала возникают крупные вихри, размер которых больше, чем размер струйки дыма. Движение становится нестационарным и сильно анизотропным. Крупные потоки теряют устойчивость и распадаются на все более мелкие. Таким образом, возникает целая иерархия вихрей. Энергия их движения передается от крупных к мелким, и в конце этого процесса исчезает – происходит диссипация энергии при мелких масштабах.
  3. Турбулентный режим течения носит случайный характер: тот или иной вихрь может оказаться в совершенно произвольном, непредсказуемом месте.
  4. Смешение дыма с окружающим воздухом практически не происходит при ламинарном режиме, а при турбулентном – носит очень интенсивный характер.
  5. Несмотря на то, что граничные условия стационарны, сама турбулентность носит ярко выраженный нестационарный характер – все газодинамические параметры меняются во времени.

Есть и еще одно важное свойство турбулентности: оно всегда трехмерно. Даже если рассматривать одномерное течение в трубе или двумерный пограничный слой, все равно движение турбулентных вихрей происходит в направлениях всех трех координатных осей.

Число Рейнольдса: формула

Переход от ламинарности к турбулентности характеризуется так называемым критическим числом Рейнольдса:

Recr = (ρuL/µ)cr,

где ρ – плотность потока, u – характерная скорость потока; L – характерный размер потока, µ – коэффициент динамической вязкости, cr – течение по трубе с круглым сечением.

Например, для течения со скоростью u в трубе в качестве L используется диаметр трубы. Осборн Рейнольдс показал, что в этом случае 2300

Источник: https://FB.ru/article/185694/laminarnoe-i-turbulentnoe-techenie-rejimyi-techeniya-jidkosti

Лечимся дома
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: