Koja je razlika između nestabilnog ili nestalnog protoka fluida i turbulentnog strujanja fluida?


Odgovor 1:

Sjajno pitanje. U nastavku je opisno pojednostavljeno objašnjenje izuzetno složene i zamršene teme; i onaj koji je prilično koristan za proučavanje dublje.

Kada govore o tipovima protoka, dinamičari fluida obično se odnose na režime protoka. Režim protoka se može razmišljati kao o vrsti protoka koji je univerzalan, koji dijeli opće atribute i matematičke opise u svim specifičnim utjelovljenjima. Dva najčešća režima protoka su laminarni i turbulentni. Općenito govoreći, laminarni tokovi djeluju stabilno i glatko, dok turbulentni tokovi izgledaju nestabilno, vrtložno i neperiodično.

Neke od prvih znanstvenih istraživanja o razlikama i uzrocima ove dvije vrste protoka vodio je Osborne Reynolds u kasnim 1800-ima, a vrhunac je bio u njegovom traktatu o ovoj temi, "O dinamičkoj teoriji nestisljivih viskoznih tekućina i određivanje kriterija ".

Iz njegovih studija i ranijih studija Georgea Stokesa proizašla je definicija bezdimenzionalnog broja koja je vrlo uspješno korelirana je li protok laminarni ili turbulentni, Reynoldsov broj koji izražava omjer inercijalne otpornosti na viskoznu otpornost tekućine koja teče ,

Kroz ove studije i drugo što slijedi, postalo je dobro utvrđeno da su protoci koji su dijelom definirani niskim Reynoldsovim pokazali laminarni protok, dok su protoci definirani visokim Reynoldsovim pokazali burno ponašanje. Primjer ove ovisnosti može se vidjeti na donjoj slici za protok kroz dvodimenzionalni cilindar.

putem Phyiscs.info

Prije nego što započnemo s onim što se događa u tom sivom području između laminarnih i turbulentnih tokova, koji se obično nazivaju laminarno-turbulentnim prijelazom, trebali bismo formalno definirati "nestalni tok". Nestalan protok je svaki protok koji pokazuje vremensku ovisnost. Matematički govoreći, nestabilni tokovi su oni gdje djelomična izvedenica polja brzine s obzirom na vrijeme u Navier-Stokesovim jednadžbama, prikazana dolje, nije jednaka nuli:

Za laminarne tokove ovaj je derivat jednak nuli, a protok je stabilan.

Za svaki određeni primjer protoka, prijelaz s laminarnog na turbulentni tok može se dogoditi u širokom rasponu Reynoldsovih brojeva, ali za praktičnost ćemo se pridržavati primjera 2-dimenzionalnog cilindra. U Reynoldsovim brojkama između 100 i 1000 počinjemo vidjeti promjene u ponašanju protoka. Prvo se protok odvaja od cilindra, stvarajući recirkulirajuće vrtloge na donjoj strani cilindra. Kako se Reynoldsova br. I dalje povećava, ovi vrtlozi se odvajaju i tvore periodično stanje protoka poznato kao ulica Karmanova vrtloga, prikazano dolje.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Kao što čitatelj može vidjeti, ovaj je tok očito nestabilan, jer je periodičan u vremenu, a ni sam nije turbulentan. Takav periodični tok jedan je korak koji se često može vidjeti u prijelazu s laminarnog na turbulentni tok, izuzetno kompliciran proces koji trenutno nije u potpunosti razumljiv. Ono što je očito jest da prijelazni tokovi dijele karakteristične faze, kako je to ovdje opisano, i vjerojatno su rezultat nestabilnosti Navier-Stokesovih jednadžbi i njihovog ponašanja kaotičnog, nelinearnog, dinamičkog sustava. Čak su i poznati dinamički sustavi koji su podvrgnuti prijelazima iz vremenski stabilnog u nestabilno ponašanje, koji nalikuju stvarnom prijelaznom ponašanju protoka tekućine, a rad Davida Ruellea i Florisa Takensa najpoznatiji je pokušaj takvog matematičkog opisa kaotičnog puta do turbulencija.


Odgovor 2:

Pogledajte primjer: protok u kružnoj cijevi. Pratimo x komponentu brzine (u) u točki P (recimo)

Nestalan protok (kao što i samo ime sugerira) je protok čija svojstva variraju u w.r.t vremenu. A stalan protok je protok čija se svojstva ne mijenjaju w.r.t vrijeme.

laminarni protok može biti stalan (Sl. A) ili nestabilan (Sl. B)

Strogo govoreći, turbulentni protok je uvijek inherentno nestabilan (Slika C), jer uključuje slučajne nepravilne brze promjene svojstava protoka tekućine s vremenom.tt, uslijed inercijalnih uznemirujućih sila.

Ali turbulentni tokovi se, ipak, mogu tretirati kao statistički stalni turbulentni protoci (samo u statističkom smislu da se karakteristike srednjeg protoka s vremenom ne mijenjaju) i statistički nestabilni turbulentni protok (vrijednosti srednjeg protoka variraju s vremenom), pogledajte sliku ispod. Iako je turbulentni protok inherentno slučajan i nestabilan, srednji protok može biti stalan ili nestalan.

Zaključno, turbulentni tok je inherentno nestabilan protok, ali se u statističkom smislu može tretirati ili stalan ili nestabilan.

Nadam se da ovo pomaže!!!


Odgovor 3:

Pogledajte primjer: protok u kružnoj cijevi. Pratimo x komponentu brzine (u) u točki P (recimo)

Nestalan protok (kao što i samo ime sugerira) je protok čija svojstva variraju u w.r.t vremenu. A stalan protok je protok čija se svojstva ne mijenjaju w.r.t vrijeme.

laminarni protok može biti stalan (Sl. A) ili nestabilan (Sl. B)

Strogo govoreći, turbulentni protok je uvijek inherentno nestabilan (Slika C), jer uključuje slučajne nepravilne brze promjene svojstava protoka tekućine s vremenom.tt, uslijed inercijalnih uznemirujućih sila.

Ali turbulentni tokovi se, ipak, mogu tretirati kao statistički stalni turbulentni protoci (samo u statističkom smislu da se karakteristike srednjeg protoka s vremenom ne mijenjaju) i statistički nestabilni turbulentni protok (vrijednosti srednjeg protoka variraju s vremenom), pogledajte sliku ispod. Iako je turbulentni protok inherentno slučajan i nestabilan, srednji protok može biti stalan ili nestalan.

Zaključno, turbulentni tok je inherentno nestabilan protok, ali se u statističkom smislu može tretirati ili stalan ili nestabilan.

Nadam se da ovo pomaže!!!


Odgovor 4:

Pogledajte primjer: protok u kružnoj cijevi. Pratimo x komponentu brzine (u) u točki P (recimo)

Nestalan protok (kao što i samo ime sugerira) je protok čija svojstva variraju u w.r.t vremenu. A stalan protok je protok čija se svojstva ne mijenjaju w.r.t vrijeme.

laminarni protok može biti stalan (Sl. A) ili nestabilan (Sl. B)

Strogo govoreći, turbulentni protok je uvijek inherentno nestabilan (Slika C), jer uključuje slučajne nepravilne brze promjene svojstava protoka tekućine s vremenom.tt, uslijed inercijalnih uznemirujućih sila.

Ali turbulentni tokovi se, ipak, mogu tretirati kao statistički stalni turbulentni protoci (samo u statističkom smislu da se karakteristike srednjeg protoka s vremenom ne mijenjaju) i statistički nestabilni turbulentni protok (vrijednosti srednjeg protoka variraju s vremenom), pogledajte sliku ispod. Iako je turbulentni protok inherentno slučajan i nestabilan, srednji protok može biti stalan ili nestalan.

Zaključno, turbulentni tok je inherentno nestabilan protok, ali se u statističkom smislu može tretirati ili stalan ili nestabilan.

Nadam se da ovo pomaže!!!