Каква е разликата между нестабилен или непостоянен поток на течност и турбулентно течение на течност?


Отговор 1:

Страхотен въпрос. Посоченото по-долу описание е опростено обяснение на изключително сложна и сложна тема; и това, което е доста полезно да се изучава по-задълбочено.

Когато говорят за видове потоци, динамичните течности обикновено се позовават на режимите на потока. Човек може да мисли за режим на потока като вид поток, който е универсален, споделящ общи атрибути и математически описания във всички специфични изпълнения. Двата най-често срещани режима на потока са ламинарен поток и турбулентно течение. Най-общо казано, ламинарните потоци изглеждат стабилни и гладки, докато турбулентните потоци изглеждат нестабилни, въртеливи и непериодични.

Някои от първите научни изследвания на разликите между и причините за тези два типа потоци са били ръководени от Осборн Рейнолдс в края на 1800 г., като кулминацията е в неговия трактат по темата: „За динамичната теория на неотжимаемите вискозни течности и определянето на критерия ".

От неговите проучвания и по-ранни проучвания на Джордж Стоукс дойде определението за безразмерно число, което е много успешно свързано с това дали поток е ламинарен или турбулентен, числото на Рейнолдс, изразяващо съотношението на инерционната устойчивост към вискозната устойчивост на течаща течност ,

Чрез тези проучвания и други, които следваме, стана добре установено, че потоците, дефинирани отчасти от ниските нива на Рейнолдс, показват ламинарен поток, докато потоците, определени от високия Рейнолдс, проявяват бурно поведение. Пример за тази зависимост може да се види на фигурата по-долу за преминаване през двуизмерен цилиндър.

чрез Phyiscs.info

Преди да влезем в това, което се случва в онази сива зона между ламинарни и турбулентни потоци, обикновено наричани ламинарно-турбулентния преход, трябва официално да определим „нестабилен поток“. Нестабилен поток е всеки поток, който проявява времева зависимост. Говорейки математически, нестабилните потоци са тези, при които частичната производна на полето на скоростта по отношение на времето в уравненията на Навиер-Стокс, показана по-долу, не е равна на нула:

За ламинарните потоци тази производна е равна на нула и дебитът е постоянен.

За всеки конкретен пример на потока преходът от ламинарен към турбулентен поток може да се извърши в широк диапазон от числа на Рейнолдс, но за удобство ще се придържаме към двуизмерния цилиндър. При номера на Рейнолдс между 100 и 1000 започваме да виждаме промени в поведението на потока. Първо, потокът се отделя от цилиндъра, създавайки рециркулиращи вихри от долната страна на цилиндъра. Докато # Рейнолдс продължава да се увеличава, тези вихри се отделят и образуват периодично състояние на потока, известно като вихровата улица на фон Карман, визуализирана по-долу.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Както читателят вижда, този поток очевидно е нестабилен, тъй като е периодичен във времето, но и той не е бурен. Такъв периодичен поток е една стъпка, която често се наблюдава при прехода от ламинарен към турбулентен поток, изключително сложен процес, който в момента не е напълно изяснен. Това, което е очевидно, е, че преходните потоци споделят характерни етапи, както са описани тук, и най-вероятно са резултат от нестабилността на уравненията на Навиер-Стоукс и тяхното поведение като хаотична, нелинейна динамична система. Дори простите динамични системи са добре познати, че претърпяват преходи от устойчиво във времето към нестабилно поведение, забележително напомнящи преходното поведение на реалния поток на флуиди, като работата на Дейвид Руел и Флорис Такенс е най-известното начинание за такова математическо описание на хаотичния път към турбуленция.


Отговор 2:

Помислете за пример: Поток в кръгла тръба. Нека наблюдаваме x-компонента на скоростта (u) в точката P (да кажем)

Нестабилният поток (както подсказва самото име) е потокът, чиито свойства варират w.r.t време. И постоянният поток е потокът, чиито свойства не се променят w.r.t време.

ламинарният поток може да бъде постоянен (фиг. A) или нестабилен (фиг. B)

Строго погледнато, турбулентният поток винаги е по своята същност нестабилен (Фиг. В), тъй като включва случайни нередовни бързи изменения на свойствата на течността на течността с време на работа, поради инерционни смущаващи сили.

Но турбулентните потоци, въпреки това, могат да се третират като статистически постоянен турбулентен поток (само в статистически смисъл, че характеристиките на средния поток не се променят с течение на времето) и статистически нестабилен турбулентен поток (средните характеристики на потока варират с течение на времето), моля вижте фигурата по-долу. Въпреки че турбулентният поток е по своята същност случаен и нестабилен, средният поток може да бъде постоянен или нестабилен.

В заключение, турбулентният поток по своята същност е нестабилен поток, но в статистически смисъл той може да се третира или постоянен, или нестабилен.

Надявам се това да помогне!!!


Отговор 3:

Помислете за пример: Поток в кръгла тръба. Нека наблюдаваме x-компонента на скоростта (u) в точката P (да кажем)

Нестабилният поток (както подсказва самото име) е потокът, чиито свойства варират w.r.t време. И постоянният поток е потокът, чиито свойства не се променят w.r.t време.

ламинарният поток може да бъде постоянен (фиг. A) или нестабилен (фиг. B)

Строго погледнато, турбулентният поток винаги е по своята същност нестабилен (Фиг. В), тъй като включва случайни нередовни бързи изменения на свойствата на течността на течността с време на работа, поради инерционни смущаващи сили.

Но турбулентните потоци, въпреки това, могат да се третират като статистически постоянен турбулентен поток (само в статистически смисъл, че характеристиките на средния поток не се променят с течение на времето) и статистически нестабилен турбулентен поток (средните характеристики на потока варират с течение на времето), моля вижте фигурата по-долу. Въпреки че турбулентният поток е по своята същност случаен и нестабилен, средният поток може да бъде постоянен или нестабилен.

В заключение, турбулентният поток по своята същност е нестабилен поток, но в статистически смисъл той може да се третира или постоянен, или нестабилен.

Надявам се това да помогне!!!


Отговор 4:

Помислете за пример: Поток в кръгла тръба. Нека наблюдаваме x-компонента на скоростта (u) в точката P (да кажем)

Нестабилният поток (както подсказва самото име) е потокът, чиито свойства варират w.r.t време. И постоянният поток е потокът, чиито свойства не се променят w.r.t време.

ламинарният поток може да бъде постоянен (фиг. A) или нестабилен (фиг. B)

Строго погледнато, турбулентният поток винаги е по своята същност нестабилен (Фиг. В), тъй като включва случайни нередовни бързи изменения на свойствата на течността на течността с време на работа, поради инерционни смущаващи сили.

Но турбулентните потоци, въпреки това, могат да се третират като статистически постоянен турбулентен поток (само в статистически смисъл, че характеристиките на средния поток не се променят с течение на времето) и статистически нестабилен турбулентен поток (средните характеристики на потока варират с течение на времето), моля вижте фигурата по-долу. Въпреки че турбулентният поток е по своята същност случаен и нестабилен, средният поток може да бъде постоянен или нестабилен.

В заключение, турбулентният поток по своята същност е нестабилен поток, но в статистически смисъл той може да се третира или постоянен, или нестабилен.

Надявам се това да помогне!!!