Hva er forskjellen mellom ustabil eller ikke-jevn strøm av en væske og turbulent strøm av en væske?


Svar 1:

Flott spørsmål. Beskrivelsen nedenfor er en riktignok forenklet forklaring av et ekstremt sammensatt og intrikat emne; og en som er ganske givende å studere mer i dybden.

Når vi snakker om typer strømmer, refererer flytende dynamikere ofte til strømningsregimer. Man kan tenke på et flytregime som en type flyt som er universell, som deler generelle attributter og matematiske beskrivelser på tvers av alle spesifikke utførelser. De to vanligste strømningsregimene er laminær strømning og turbulent strømning. Generelt sett virker laminære strømmer jevn og jevn mens turbulente strømmer virker ustabile, virvlende og ikke-periodiske.

Noen av de aller første vitenskapelige undersøkelsene av forskjellene mellom og årsakene til disse to flytestrømmene, ble ledet av Osborne Reynolds på slutten av 1800-tallet, og kulminerte med sin avhandling om emnet, "Om den dynamiske teorien om ukomprimerbare tyktflytende væsker og bestemmelsen av kriteriet ".

Fra hans studier, og tidligere studier av George Stokes, kom definisjonen av et dimensjonsløst antall som har blitt meget vellykket korrelert med om en strømning er laminær eller turbulent, hvor Reynolds-tallet uttrykker forholdet mellom treghetsmotstand og viskøs motstand for en flytende væske .

Gjennom disse studiene og annet å følge ble det godt etablert at strømmer som delvis er definert av lave Reynolds #s, viste laminær strøm, mens strømmer definert av høye Reynolds '# utviste turbulent oppførsel. Et eksempel på denne avhengigheten kan sees på figuren nedenfor for strømning forbi en todimensjonal sylinder.

via Phyiscs.info

Før vi kommer inn på hva som skjer i det grå området mellom laminære og turbulente strømmer, ofte referert til som den laminære-turbulente overgangen, bør vi formelt definere "ustabil strømning". Ujevn strømning er enhver flyt som viser en tidsavhengighet. Når man snakker matematisk, er ustabile strømninger de der det partielle derivat av hastighetsfeltet med hensyn til tid i Navier-Stokes 'ligninger vist nedenfor ikke er lik null:

For laminære strømmer er dette derivatet lik null og strømmen er jevn.

For et hvilket som helst spesielt strømningseksempel kan overgangen fra laminær til turbulent strømning forekomme over et bredt spekter av Reynolds-tall, men vi holder oss til det to-dimensjonale sylindereksemplet for enkelhets skyld. Hos Reynolds #s mellom 100 og 1000 begynner vi å se endringer i flytoppførselen. Først skiller strømmen seg fra sylinderen og skaper resirkulerende virvel på nedstrøms siden av sylinderen. Etter hvert som Reynolds # fortsetter å øke, blir disse virvlene løsrevet og danner en periodisk flyttilstand kjent som von Karman virvelgate, visualisert nedenfor.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Som leseren kan se, er denne flyten åpenbart ustabil, siden den er periodisk i tid, men den er heller ikke turbulent. Slik periodisk strømning er ett trinn ofte sett i overgangen fra laminær til turbulent strømning, en usedvanlig komplisert prosess som for tiden ikke er fullstendig forstått. Det som er åpenbart, er at overgangsstrømmer har karakteristiske stadier, som beskrevet her, og mest sannsynlig er et resultat av ustabiliteten til Navier-Stokes 'ligninger og deres oppførsel som et kaotisk, ikke-lineært, dynamisk system. Til og med enkle dynamiske systemer er velkjente for å gjennomgå overganger fra tid-stødig til ustabil oppførsel som bemerkelsesverdig minner om reell væskestrømovergangsatferd, med arbeidet til David Ruelle og Floris Takens som den mest berømte bestrebelsen på en slik matematisk beskrivelse av den kaotiske ruten til turbulens.


Svar 2:

Tenk på et eksempel: Flyt i et sirkulært rør. La oss overvåke x-komponenten til hastigheten (u) på punktet P (si)

Ujevn flyt (som navnet selv antyder) er flyten hvis egenskaper varierer w.r.t tid. Og den jevne strømmen er flyten hvis egenskaper ikke endres w.r.t tid.

laminær strømning kan være enten jevn (fig A) eller ustabil (fig B)

Strengt tatt er turbulent strømning iboende ustabil (fig. C) siden den involverer tilfeldige uregelmessige raske variasjoner av fluidstrømningsegenskapene w.r.t-tid på grunn av treghetsforstyrrende krefter.

Men turbulente strømmer kan likevel behandles som statistisk jevn turbulent strømning (bare i statistisk forstand at middelstrømfunksjonene ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (gjennomsnittlig strømningsfunksjoner varierer over tid), se figuren under. Selv om turbulent strømning i seg selv er tilfeldig og ustabil, kan middelstrømmen være jevn eller ustabil.

Avslutningsvis er turbulent strømning i seg selv ustabil flyt, men i statistisk forstand kan den behandles enten jevn eller ustabil.

Håper dette hjelper!!!


Svar 3:

Tenk på et eksempel: Flyt i et sirkulært rør. La oss overvåke x-komponenten til hastigheten (u) på punktet P (si)

Ujevn flyt (som navnet selv antyder) er flyten hvis egenskaper varierer w.r.t tid. Og den jevne strømmen er flyten hvis egenskaper ikke endres w.r.t tid.

laminær strømning kan være enten jevn (fig A) eller ustabil (fig B)

Strengt tatt er turbulent strømning iboende ustabil (fig. C) siden den involverer tilfeldige uregelmessige raske variasjoner av fluidstrømningsegenskapene w.r.t-tid på grunn av treghetsforstyrrende krefter.

Men turbulente strømmer kan likevel behandles som statistisk jevn turbulent strømning (bare i statistisk forstand at middelstrømfunksjonene ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (gjennomsnittlig strømningsfunksjoner varierer over tid), se figuren under. Selv om turbulent strømning i seg selv er tilfeldig og ustabil, kan middelstrømmen være jevn eller ustabil.

Avslutningsvis er turbulent strømning i seg selv ustabil flyt, men i statistisk forstand kan den behandles enten jevn eller ustabil.

Håper dette hjelper!!!


Svar 4:

Tenk på et eksempel: Flyt i et sirkulært rør. La oss overvåke x-komponenten til hastigheten (u) på punktet P (si)

Ujevn flyt (som navnet selv antyder) er flyten hvis egenskaper varierer w.r.t tid. Og den jevne strømmen er flyten hvis egenskaper ikke endres w.r.t tid.

laminær strømning kan være enten jevn (fig A) eller ustabil (fig B)

Strengt tatt er turbulent strømning iboende ustabil (fig. C) siden den involverer tilfeldige uregelmessige raske variasjoner av fluidstrømningsegenskapene w.r.t-tid på grunn av treghetsforstyrrende krefter.

Men turbulente strømmer kan likevel behandles som statistisk jevn turbulent strømning (bare i statistisk forstand at middelstrømfunksjonene ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (gjennomsnittlig strømningsfunksjoner varierer over tid), se figuren under. Selv om turbulent strømning i seg selv er tilfeldig og ustabil, kan middelstrømmen være jevn eller ustabil.

Avslutningsvis er turbulent strømning i seg selv ustabil flyt, men i statistisk forstand kan den behandles enten jevn eller ustabil.

Håper dette hjelper!!!