Hvad er forskellen mellem ustabil eller ikke-stabil strømning af en væske og turbulent strømning af en væske?


Svar 1:

Fantastisk spørgsmål. Beskrivelsen nedenfor er en ganske enkelt forenklet forklaring af et ekstremt komplekst og indviklet emne; og en der er ganske givende at studere mere dybtgående.

Når der tales om strømningstyper, henviser fluiddynamikere ofte til strømningsregimer. Man kan tænke på et strømningsregime som en type strøm, der er universel, der deler generelle attributter og matematiske beskrivelser på tværs af alle specifikke udførelsesformer. De to mest almindelige strømningsregimer er laminær strømning og turbulent strømning. Generelt forekommer laminære strømme stabile og glatte, mens turbulente strømme forekommer ustabile, virvlende og ikke-periodiske.

Nogle af de allerførste videnskabelige undersøgelser af forskellene mellem og årsagerne til disse to typer af strømme blev ledet af Osborne Reynolds i slutningen af ​​1800-tallet, og kulminerede i hans afhandling om emnet, "Om den dynamiske teori om ukomprimerbare viskøse væsker og bestemmelsen af ​​kriteriet ".

Fra hans undersøgelser og tidligere undersøgelser af George Stokes kom definitionen af ​​et dimensionløst antal, der er meget vellykket korreleret med, om en strømning er laminær eller turbulent, hvor Reynolds-tallet udtrykker forholdet mellem inertial modstand og viskøs modstand for en strømmende væske .

Gennem disse undersøgelser og andet at følge, blev det veletableret, at strømme delvist defineret af lave Reynolds #s udviste laminær strøm, mens strømme defineret af høje Reynolds '# udviste turbulent opførsel. Et eksempel på denne afhængighed kan ses i figuren nedenfor for strømning forbi en todimensionel cylinder.

via Phyiscs.info

Inden vi kommer ind på, hvad der sker i det grå område mellem laminar og turbulent strømme, ofte benævnt den laminar-turbulente overgang, bør vi formelt definere "ustabil strømning". Ujævn strømning er enhver strøm, der udviser en tidsafhængighed. Når man taler matematisk, er ustabile strømme dem, hvor den delvise derivat af hastighedsfeltet med hensyn til tid i Navier-Stokes 'ligninger vist nedenfor ikke er lig med nul:

For laminære strømme er dette derivat lig med nul og strømmen er stabil.

For ethvert specifikt floweksempel kan overgangen fra laminær til turbulent strømning ske over en lang række Reynolds-tal, men vi holder os til det to-dimensionelle cylindereksempel for nemheds skyld. Hos Reynolds #s mellem 100 og 1000 begynder vi at se ændringer i strømningsadfærd. Først adskiller strømningen sig fra cylinderen, hvilket skaber recirkulerende hvirvler på nedstrømssiden af ​​cylinderen. Idet Reynolds # fortsætter med at stige, løsnes disse hvirvler og danner en periodisk strømningstilstand kendt som von Karman virvelgade, visualiseret nedenfor.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Som læseren kan se, er denne strøm naturligvis ustabil, da den er periodisk i tid, og alligevel er den heller ikke turbulent. En sådan periodisk strømning er et trin, der ofte ses i overgangen fra laminær til turbulent strømning, en usædvanligt kompliceret proces, som for tiden ikke er fuldt ud forstået. Det, der er åbenlyst, er, at overgangsstrømme deler karakteristiske trin, som beskrevet her, og mest sandsynligvis er resultatet af ustabiliteten af ​​Navier-Stokes 'ligninger og deres opførsel som et kaotisk, ikke-lineært, dynamisk system. Selv enkle dynamiske systemer er velkendt for at gennemgå overganger fra tidsstabil til ustabil opførsel, der bemærkelsesværdigt minder om den virkelige væskestrømovergangsadfærd, idet David Ruelle og Floris Takens arbejde er den mest berømte indsats for en sådan matematisk beskrivelse af den kaotiske rute til turbulens.


Svar 2:

Overvej et eksempel: Flow i et cirkulært rør. Lad os overvåge x-komponenten af ​​hastigheden (u) på punktet P (siger)

Ujævn strøm (som selve navnet antyder) er den strøm, hvis egenskaber varierer w.r.t tid. Og den jævne strøm er strømmen, hvis egenskaber ikke ændrer w.r.t-tid.

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

Strengt taget er turbulent strømning i sig selv ustabil (fig. C), da det involverer tilfældige uregelmæssige hurtige variationer af fluidstrømningsegenskaberne w.r.t-tid på grund af inertielle forstyrrende kræfter.

Men turbulente strømme kan ikke desto mindre behandles som statistisk stabil turbulent strømning (kun i statistisk forstand, at middelstrømningsfunktionerne ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (middelstrømningsfunktioner varierer over tid), se figuren nedenfor. Selvom turbulent strømning i sig selv er tilfældig og ustabil, kan middelstrømmen være stabil eller ustabil.

Afslutningsvis er turbulent strømning i sig selv ustabil strømning, men i statistisk forstand kan den behandles enten stabil eller ustabil.

Håber dette hjælper!!!


Svar 3:

Overvej et eksempel: Flow i et cirkulært rør. Lad os overvåge x-komponenten af ​​hastigheden (u) på punktet P (siger)

Ujævn strøm (som selve navnet antyder) er den strøm, hvis egenskaber varierer w.r.t tid. Og den jævne strøm er strømmen, hvis egenskaber ikke ændrer w.r.t-tid.

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

Strengt taget er turbulent strømning i sig selv ustabil (fig. C), da det involverer tilfældige uregelmæssige hurtige variationer af fluidstrømningsegenskaberne w.r.t-tid på grund af inertielle forstyrrende kræfter.

Men turbulente strømme kan ikke desto mindre behandles som statistisk stabil turbulent strømning (kun i statistisk forstand, at middelstrømningsfunktionerne ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (middelstrømningsfunktioner varierer over tid), se figuren nedenfor. Selvom turbulent strømning i sig selv er tilfældig og ustabil, kan middelstrømmen være stabil eller ustabil.

Afslutningsvis er turbulent strømning i sig selv ustabil strømning, men i statistisk forstand kan den behandles enten stabil eller ustabil.

Håber dette hjælper!!!


Svar 4:

Overvej et eksempel: Flow i et cirkulært rør. Lad os overvåge x-komponenten af ​​hastigheden (u) på punktet P (siger)

Ujævn strøm (som selve navnet antyder) er den strøm, hvis egenskaber varierer w.r.t tid. Og den jævne strøm er strømmen, hvis egenskaber ikke ændrer w.r.t-tid.

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

Strengt taget er turbulent strømning i sig selv ustabil (fig. C), da det involverer tilfældige uregelmæssige hurtige variationer af fluidstrømningsegenskaberne w.r.t-tid på grund af inertielle forstyrrende kræfter.

Men turbulente strømme kan ikke desto mindre behandles som statistisk stabil turbulent strømning (kun i statistisk forstand, at middelstrømningsfunktionerne ikke varierer over tid) og statistisk ustabil turbulent strømning (middelstrømningsfunktioner varierer over tid), se figuren nedenfor. Selvom turbulent strømning i sig selv er tilfældig og ustabil, kan middelstrømmen være stabil eller ustabil.

Afslutningsvis er turbulent strømning i sig selv ustabil strømning, men i statistisk forstand kan den behandles enten stabil eller ustabil.

Håber dette hjælper!!!