تعد دراسة خصائص التدفقات السائلة والغازية أمرًا مهمًا جدًا للصناعة والمرافق. يؤثر التدفق الصفحي والمضطرب على سرعة نقل المياه والنفط والغاز الطبيعي عبر خطوط الأنابيب لأغراض مختلفة ويؤثر على عوامل أخرى. ويتعامل علم الهيدروديناميكية مع هذه المشاكل.
تصنيف
في المجتمع العلمي، تنقسم أنظمة تدفق السوائل والغازات إلى فئتين مختلفتين تمامًا:
- الصفحي (النفاث) ؛
- عنيف.
تتميز أيضًا بمرحلة انتقالية. بالمناسبة، مصطلح "السائل" له معنى واسع: يمكن أن يكون غير قابل للضغط (وهو في الواقع سائل)، أو قابل للضغط (غاز)، أو موصل، وما إلى ذلك.
خلفية
في عام 1880، أعرب مندليف عن فكرة وجود نظامين للتدفق المعاكس. درس الفيزيائي والمهندس البريطاني أوزبورن رينولدز هذه المسألة بمزيد من التفصيل، وأكمل بحثه في عام 1883. في البداية، عمليًا، ومن ثم باستخدام الصيغ، أثبت أنه عند سرعات التدفق المنخفضة، تأخذ حركة السوائل شكلًا صفائحيًا: فالطبقات (تدفقات الجسيمات) بالكاد تمتزج وتتحرك على طول مسارات متوازية. ومع ذلك، بعد التغلب على قيمة حرجة معينة (تختلف باختلاف الظروف)، تسمى رقم رينولدز، تتغير أنظمة تدفق السوائل: يصبح التدفق النفاث فوضويًا، ودوامة - أي مضطربة. كما اتضح فيما بعد، فإن هذه المعلمات هي أيضًا سمة من سمات الغازات إلى حد ما.
أظهرت الحسابات العملية للعالم الإنجليزي أن سلوك الماء، على سبيل المثال، يعتمد بشدة على شكل وحجم الخزان (الأنبوب، القناة، الشعيرات الدموية، إلخ) الذي يتدفق من خلاله. الأنابيب ذات المقطع العرضي الدائري (مثل تلك المستخدمة لتركيب خطوط أنابيب الضغط) لها رقم رينولدز الخاص بها - يتم وصف الصيغة على النحو التالي: Re = 2300. أما بالنسبة للتدفق على طول قناة مفتوحة، فالأمر مختلف: Re = 900 عند القيم المنخفضة لـ Re، سيتم ترتيب التدفق، عند القيم الأعلى - بشكل فوضوي.
تدفق الصفحي
الفرق بين التدفق الصفحي والتدفق المضطرب هو طبيعة واتجاه تدفق الماء (الغاز). أنها تتحرك في طبقات، دون اختلاط ودون نبض. بمعنى آخر، تتم الحركة بشكل متساوٍ، دون قفزات عشوائية في الضغط والاتجاه والسرعة.
يتشكل التدفق الصفحي للسائل، على سبيل المثال، في الكائنات الحية الضيقة والشعيرات الدموية للنباتات، وفي ظل ظروف مماثلة، أثناء تدفق السوائل شديدة اللزوجة (زيت الوقود عبر خط الأنابيب). لرؤية التدفق النفاث بوضوح، ما عليك سوى فتح صنبور الماء قليلاً - سوف يتدفق الماء بهدوء وبشكل متساوٍ دون اختلاط. إذا تم إغلاق الصنبور بالكامل، فسيزداد الضغط في النظام وسيصبح التدفق فوضويًا.
الجريان المضطرب
على عكس التدفق الصفحي، الذي تتحرك فيه الجسيمات القريبة على طول مسارات متوازية تقريبًا، يكون تدفق السوائل المضطرب مضطربًا. إذا استخدمنا نهج لاغرانج، فإن مسارات الجسيمات يمكن أن تتقاطع بشكل تعسفي وتتصرف بشكل غير متوقع تمامًا. إن حركات السوائل والغازات في ظل هذه الظروف تكون دائمًا غير ثابتة، ويمكن أن يكون لمعلمات هذه الحالات غير الثابتة نطاق واسع جدًا.
يمكن تتبع كيفية تحول النظام الصفحي لتدفق الغاز إلى نظام مضطرب باستخدام مثال تيار من الدخان من سيجارة مشتعلة في الهواء الساكن. في البداية، تتحرك الجسيمات بشكل متوازي تقريبًا على طول مسارات لا تتغير بمرور الوقت. يبدو الدخان بلا حراك. ثم، في مكان ما، تظهر دوامات كبيرة فجأة وتتحرك بشكل فوضوي تمامًا. وتنقسم هذه الدوامات إلى دوامات أصغر، وتلك إلى دوامات أصغر، وهكذا. في النهاية، يمتزج الدخان عمليًا بالهواء المحيط.
دورات الاضطراب
المثال الموصوف أعلاه هو كتاب مدرسي، ومن خلال ملاحظته، توصل العلماء إلى الاستنتاجات التالية:
- التدفق الصفحي والمضطرب احتمالي بطبيعته: فالانتقال من نظام إلى آخر لا يحدث في مكان محدد بدقة، بل في مكان اعتباطي وعشوائي إلى حد ما.
- أولاً تظهر دوامات كبيرة حجمها أكبر من حجم تيار الدخان. تصبح الحركة غير مستقرة ومتباينة للغاية. تفقد التدفقات الكبيرة استقرارها وتنقسم إلى تدفقات أصغر فأصغر. وهكذا ينشأ تسلسل هرمي كامل من الدوامات. يتم نقل طاقة حركتها من الكبيرة إلى الصغيرة، وفي نهاية هذه العملية تختفي - يحدث تبديد الطاقة على نطاقات صغيرة.
- نظام التدفق المضطرب عشوائي بطبيعته: يمكن أن تنتهي دوامة أو أخرى في مكان تعسفي تمامًا ولا يمكن التنبؤ به.
- لا يحدث اختلاط الدخان مع الهواء المحيط عمليا في الظروف الصفائحية، ولكنه يكون شديدا للغاية في الظروف المضطربة.
- على الرغم من أن الظروف الحدودية ثابتة، فإن الاضطراب نفسه له طابع غير ثابت واضح - حيث تتغير جميع المعلمات الديناميكية للغاز بمرور الوقت.
هناك خاصية أخرى مهمة للاضطراب: فهي دائمًا ثلاثية الأبعاد. حتى لو أخذنا بعين الاعتبار تدفقًا أحادي البعد في أنبوب أو طبقة حدودية ثنائية الأبعاد، فإن حركة الدوامات المضطربة لا تزال تحدث في اتجاهات محاور الإحداثيات الثلاثة.
رقم رينولدز: الصيغة
يتميز الانتقال من الصفحية إلى الاضطراب بما يسمى رقم رينولدز الحرج:
إعادة كر = (ρuL/μ) كر،
حيث ρ هي كثافة التدفق، u هي سرعة التدفق المميزة؛ L هو الحجم المميز للتدفق، μ هو المعامل cr - التدفق عبر أنبوب ذو مقطع عرضي دائري.
على سبيل المثال، بالنسبة للتدفق بسرعة u في الأنبوب، يتم استخدام L كما أوضح أوزبورن رينولدز أنه في هذه الحالة 2300 يتم الحصول على نتيجة مماثلة في الطبقة الحدودية على اللوحة. يتم أخذ المسافة من الحافة الأمامية للوحة كحجم مميز، ثم: 3 × 10 5 يعتمد تدفق السوائل الصفحية والمضطربة، وبالتالي القيمة الحرجة لرقم رينولدز (Re) على عدد كبير من العوامل: تدرج الضغط، وارتفاع درنات الخشونة، وشدة الاضطراب في التدفق الخارجي، وفرق درجة الحرارة، وما إلى ذلك. الراحة، وتسمى هذه العوامل الإجمالية أيضًا اضطراب السرعة، نظرًا لأن لها تأثيرًا معينًا على سرعة التدفق. إذا كان هذا الاضطراب صغيرًا، فيمكن إخماده بواسطة قوى لزجة تميل إلى تسوية مجال السرعة. ومع حدوث اضطرابات كبيرة، قد يفقد التدفق استقراره ويحدث اضطراب. باعتبار أن المعنى الفيزيائي لعدد رينولدز هو نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى اللزوجة، فإن اضطراب التدفقات يقع تحت الصيغة: إعادة = ρuL/μ = ρu 2 /(μ×(u/L)). يحتوي البسط على ضعف ضغط السرعة، ويحتوي المقام على كمية من رتبة إجهاد الاحتكاك إذا تم أخذ سمك الطبقة الحدودية بالرمز L. يميل الضغط عالي السرعة إلى تدمير التوازن، لكن يتم إبطال ذلك. ومع ذلك، ليس من الواضح لماذا (أو ضغط السرعة) يؤدي إلى تغييرات فقط عندما تكون أكبر 1000 مرة من قوى اللزوجة. ربما يكون من الأنسب استخدام اضطراب السرعة بدلاً من سرعة التدفق المطلقة u باعتبارها السرعة المميزة في Recr. في هذه الحالة، سيكون رقم رينولدز الحرج في حدود 10، أي عندما يتجاوز اضطراب ضغط السرعة الضغوط اللزوجة بمقدار 5 مرات، يصبح التدفق الصفحي للسائل مضطربًا. هذا التعريف لـ Re، وفقًا لعدد من العلماء، يشرح جيدًا الحقائق التالية المؤكدة تجريبيًا. للحصول على ملف تعريف سرعة موحد بشكل مثالي على سطح أملس بشكل مثالي، يميل الرقم المحدد تقليديًا Re cr إلى ما لا نهاية، أي أن الانتقال إلى الاضطراب لم يتم ملاحظته فعليًا. لكن رقم رينولدز، الذي يحدده حجم اضطراب السرعة، أقل من الرقم الحرج الذي يساوي 10. في وجود مضطربات صناعية تسبب موجة من السرعة مماثلة للسرعة الرئيسية، يصبح التدفق مضطربًا عند قيم أقل بكثير من رقم رينولدز من Re cr المحددة من القيمة المطلقة للسرعة. وهذا يجعل من الممكن استخدام قيمة المعامل Re cr = 10، حيث يتم استخدام القيمة المطلقة لاضطراب السرعة الناجم عن الأسباب المذكورة أعلاه باعتبارها السرعة المميزة. يعتبر التدفق الصفحي والمضطرب من سمات جميع أنواع السوائل والغازات تحت ظروف مختلفة. في الطبيعة، تعد التدفقات الصفحية نادرة وتتميز، على سبيل المثال، بالتدفقات الجوفية الضيقة في الظروف المسطحة. هذه القضية تقلق العلماء أكثر بكثير في سياق التطبيقات العملية لنقل المياه والنفط والغاز والسوائل التقنية الأخرى عبر خطوط الأنابيب. ترتبط مسألة استقرار التدفق الصفحي ارتباطًا وثيقًا بدراسة الحركة المضطربة للتدفق الرئيسي. وقد ثبت أنه يتعرض لما يسمى بالاضطرابات الصغيرة. اعتمادًا على ما إذا كانت تتلاشى أو تنمو بمرور الوقت، يعتبر التدفق الرئيسي مستقرًا أو غير مستقر. أحد العوامل التي تؤثر على التدفق الصفحي والمضطرب للسائل هو قابليته للانضغاط. تعتبر خاصية السائل هذه ذات أهمية خاصة عند دراسة استقرار العمليات غير المستقرة مع التغير السريع في التدفق الرئيسي. تظهر الأبحاث أن التدفق الصفحي للسوائل غير القابلة للضغط في الأنابيب ذات المقطع العرضي الأسطواني مقاوم للاضطرابات المحورية الصغيرة نسبيًا وغير المتماثلة في الزمان والمكان. في الآونة الأخيرة، تم إجراء حسابات حول تأثير الاضطرابات المحورية على استقرار التدفق في الجزء المدخل من أنبوب أسطواني، حيث يعتمد التدفق الرئيسي على إحداثيتين. في هذه الحالة، يعتبر الإحداثيات على طول محور الأنبوب بمثابة معلمة يعتمد عليها ملف تعريف السرعة على طول نصف قطر الأنبوب للتدفق الرئيسي. على الرغم من قرون من الدراسة، لا يمكن القول أن كلا من الجريان الصفحي والمضطرب قد تمت دراستهما بدقة. تثير الدراسات التجريبية على المستوى الجزئي أسئلة جديدة تتطلب مبررات حسابية منطقية. ولطبيعة البحث أيضًا فوائد عملية: فقد تم مد آلاف الكيلومترات من خطوط أنابيب المياه والنفط والغاز والمنتجات في جميع أنحاء العالم. كلما تم تنفيذ المزيد من الحلول التقنية لتقليل الاضطرابات أثناء النقل، زادت فعاليتها. تدفق الصفحييسمى السائل بالتدفق الطبقي دون اختلاط جزيئات السائل ودون نبضات في السرعة والضغط. قانون توزيع السرعة على المقطع العرضي لأنبوب دائري في وضع الحركة الصفائحية، الذي وضعه الفيزيائي الإنجليزي ج. ستوكس، له الشكل أين في مع الحركة الصفحية، فإن مخطط السرعة على طول المقطع العرضي للأنبوب سيكون له شكل القطع المكافئ التربيعي. عنيفيسمى التدفق مصحوبًا بخلط مكثف للسائل ونبضات في السرعات والضغوط. نتيجة لوجود الدوامات والاختلاط المكثف لجزيئات السائل، عند أي نقطة في التدفق المضطرب في لحظة معينة من الزمن توجد سرعة محلية لحظية خاصة بها من حيث القيمة والاتجاه ش، ومسار الجزيئات التي تمر عبر هذه النقطة له مظهر مختلف (فهي تحتل مواقع مختلفة في الفضاء ولها أشكال مختلفة). يسمى هذا التقلب في وقت السرعة المحلية اللحظية نبض السرعة. نفس الشيء يحدث مع الضغط. وبالتالي، فإن الحركة المضطربة غير مستقرة. متوسط
السرعة المحلية ū
– سرعة متوسطة وهمية عند نقطة معينة من التدفق لفترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية، والتي، على الرغم من التقلبات الكبيرة في السرعات اللحظية، تظل ثابتة تقريبًا في القيمة وموازية لمحور التدفق ص الطبقة الفرعية الصفائحية، الموجودة مباشرة على جدران الأنابيب، لها سمك صغير جدًا δ
والتي يمكن تحديدها بواسطة الصيغة في الطبقة الانتقالية، يتم بالفعل تعطيل التدفق الصفحي بسبب الحركة العرضية للجزيئات، وكلما كانت النقطة أبعد من جدار الأنبوب، زادت كثافة خلط الجسيمات. سمك هذه الطبقة صغير أيضًا، لكن من الصعب تحديد حدود واضحة. الجزء الرئيسي من المقطع العرضي المباشر للتدفق يشغله جوهر التدفق، حيث يتم ملاحظة الخلط المكثف للجزيئات، وبالتالي فإن هذا هو الذي يميز الحركة المضطربة للتدفق ككل. مفهوم الأنابيب الهيدروليكية الناعمة والخشنة ص اعتمادا على نسبة سمك الطبقة الفرعية الصفائحية δ
ويتم تمييز ارتفاعات نتوءات الخشونة Δ سلسة هيدروليكياو خشنأنابيب. إذا كانت الطبقة الفرعية الصفائحية تغطي بالكامل جميع النتوءات الموجودة على جدران الأنابيب، أي. δ>Δ، تعتبر الأنابيب سلسة هيدروليكيًا. في δ<Δ трубы считаются
гидравлически шероховатыми. Так как
значение δ зависит от Re,
то одна и та же труба может быть в одних
и тех же условиях гидравлически гладкой
(при малых Re),
а в других – шероховатой (при больших
Re). محاضرة رقم 9
الخسائر الهيدروليكية معلومات عامة. عندما يتحرك تدفق السوائل الحقيقي، تحدث خسائر في الضغط، حيث يتم إنفاق جزء من الطاقة المحددة للتدفق على التغلب على المقاومة الهيدروليكية المختلفة. التحديد الكمي لفقدان الرأس ح ص
هي إحدى أهم مسائل الديناميكا المائية، والتي بدون حلها لا يمكن التطبيق العملي لمعادلة برنولي: أين α
–
معامل الطاقة الحركية يساوي 1.13 للجريان المضطرب، و2 للجريان الصفحي؛ الخامس-متوسط سرعة التدفق. ح- انخفاض في الطاقة الميكانيكية النوعية للجريان في المنطقة الواقعة بين القسمين 1 و 2 نتيجة لقوى الاحتكاك الداخلي. فقدان طاقة معينة (الضغط)، أو كما يطلق عليهم غالبًا، الخسائر الهيدروليكية، تعتمد على شكل وحجم القناة وسرعة تدفق ولزوجة السائل، وأحياناً على الضغط المطلق فيه. لزوجة السائل، على الرغم من أنها السبب الجذري لجميع الخسائر الهيدروليكية، ليس لها دائمًا تأثير كبير على حجمها. كما تظهر التجارب، في كثير من الحالات، ولكن ليس كلها، تكون الخسائر الهيدروليكية متناسبة تقريبًا مع سرعة تدفق المائع إلى القوة الثانية، لذلك في الهيدروليكية يتم قبول الطريقة العامة التالية للتعبير عن الخسائر الهيدروليكية لإجمالي الرأس بالوحدات الخطية: أو في وحدات الضغط هذا التعبير مناسب لأنه يتضمن معامل التناسب بدون أبعاد ζ
مُسَمًّى عامل الخسارة,أو معامل المقاومة، الذي تكون قيمته ثابتة بالنسبة لقناة معينة في التقريب التقريبي الأول. نسبة الخسارة ζ,
وبالتالي، هناك نسبة من الرأس المفقود إلى رأس السرعة. عادةً ما يتم تقسيم الخسائر الهيدروليكية إلى خسائر محلية وخسائر احتكاك على طول الطول. م يتم تحديد خسائر الضغط المحلي باستخدام صيغة فايسباخ على النحو التالي: أو في وحدات الضغط أين الخامس- متوسط سرعة المقطع العرضي للأنبوب الذي تم تركيب هذه المقاومة المحلية فيه. إذا كان قطر الأنبوب، وبالتالي السرعة فيه يختلف على طول الطول، فمن الملائم أكثر اعتبار السرعات الأكبر هي السرعة التصميمية، أي. الذي يتوافق مع قطر الأنبوب الأصغر. وتتميز كل مقاومة محلية بقيمة معامل المقاومة الخاصة بها ζ
، والتي يمكن اعتبارها في كثير من الحالات ثابتة تقريبًا لشكل معين من المقاومة المحلية. خسائر الاحتكاكعلى طول الطول توجد خسائر الطاقة التي تحدث في شكلها النقي في الأنابيب المستقيمة ذات المقطع العرضي الثابت، أي. مع تدفق موحد، وزيادة بما يتناسب مع طول الأنبوب. ترجع الخسائر قيد النظر إلى الخسائر الداخلية في السائل، وبالتالي لا تحدث فقط في الأنابيب الخشنة، ولكن أيضًا في الأنابيب الملساء. يمكن التعبير عن خسائر رأس الاحتكاك باستخدام الصيغة العامة للخسائر الهيدروليكية، أي. ومع ذلك، فإن المعامل أكثر ملاءمة ζ
تواصل مع الأنابيب الطويلة النسبية ل/
د.
لنأخذ مقطعًا من أنبوب دائري بطول يساوي قطره ونشير إلى معامل خسارته بواسطة λ
. ثم للأنبوب الطويل بأكمله ل
والقطر د.
عامل الخسارة سيكون في ل/
د
مرات أكثر: ثم يتم تحديد فقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك بواسطة صيغة فايسباخ-دارسي: أو في وحدات الضغط معامل بلا أبعاد λ
مُسَمًّى معامل فقدان الاحتكاك على طولأو معامل دارسي.ويمكن اعتباره معامل تناسب بين فقدان الضغط بسبب الاحتكاك وحاصل ضرب الطول النسبي للأنبوب وضغط السرعة. ن أين
إذا اعتبر أولئك. معامل في الرياضيات او درجة λ
هي قيمة متناسبة مع نسبة إجهاد الاحتكاك على جدار الأنبوب إلى الضغط الديناميكي الذي تحدده السرعة المتوسطة. نظرًا لثبات التدفق الحجمي للسائل غير القابل للضغط على طول أنبوب ذو مقطع عرضي ثابت، تظل السرعة والطاقة الحركية المحددة ثابتة أيضًا، على الرغم من وجود المقاومة الهيدروليكية وفقدان الضغط. يتم تحديد فقدان الضغط في هذه الحالة من خلال الاختلاف في قراءات جهازي قياس الضغط. محاضرة رقم 10
إن حركة السوائل التي يتم ملاحظتها بسرعات منخفضة، والتي تتحرك فيها تيارات فردية من السوائل بالتوازي مع بعضها البعض ومع محور التدفق، تسمى حركة السائل الصفحي. يمكن الحصول على فكرة واضحة جدًا عن النظام الصفحي لحركة السوائل من تجربة رينولدز. وصف تفصيلي . يتدفق السائل من الخزان عبر أنبوب شفاف ويمر عبر الصنبور إلى المصرف. وبالتالي، يتدفق السائل بمعدل تدفق صغير وثابت معين. يوجد عند مدخل الأنبوب أنبوب رفيع يدخل من خلاله وسط ملون إلى الجزء المركزي من التدفق. عندما يدخل الطلاء في تدفق سائل يتحرك بسرعة منخفضة، سيتحرك الطلاء الأحمر في تيار متساوٍ. من هذه التجربة يمكننا أن نستنتج أن السائل يتدفق بطريقة الطبقات، دون اختلاط وتكوين دوامة. عادة ما يسمى هذا الوضع لتدفق السوائل الصفحي. دعونا ننظر في القوانين الأساسية للنظام الصفائحي مع الحركة المنتظمة في الأنابيب المستديرة، ونقتصر على الحالات التي يكون فيها محور الأنبوب أفقيًا. في هذه الحالة، سننظر في التدفق الذي تم تشكيله بالفعل، أي. التدفق في قسم، تقع بدايته من قسم مدخل الأنبوب على مسافة توفر الشكل النهائي المستقر لتوزيع السرعة على قسم التدفق. مع الأخذ في الاعتبار أن نظام التدفق الصفحي له طابع طبقات (نفاث) ويحدث دون اختلاط الجسيمات، ينبغي افتراض أنه في التدفق الصفحي لن تكون هناك سوى سرعات موازية لمحور الأنبوب، في حين ستكون السرعات العرضية غائبة. يمكن للمرء أن يتخيل أنه في هذه الحالة يبدو أن السائل المتحرك منقسم إلى عدد لا نهائي من الطبقات الأسطوانية الرفيعة بشكل لا نهائي، موازية لمحور خط الأنابيب وتتحرك إحداها داخل الأخرى بسرعات مختلفة، وتتزايد في الاتجاه من الجدران إلى محور الأنبوب. في هذه الحالة، تكون السرعة في الطبقة الملامسة مباشرة للجدران بسبب تأثير الالتصاق صفرًا وتصل إلى قيمتها القصوى في الطبقة المتحركة على طول محور الأنبوب. يتيح مخطط الحركة المقبول والافتراضات المقدمة أعلاه إمكانية وضع قانون توزيع السرعة نظريًا في المقطع العرضي للتدفق في الوضع الصفحي. للقيام بذلك، سوف نقوم بما يلي. دعونا نشير إلى نصف القطر الداخلي للأنبوب بـ r ونختار أصل الإحداثيات في مركز المقطع العرضي O، ونوجه المحور x على طول محور الأنبوب، والمحور z عموديًا. الآن لنختار حجمًا من السائل الموجود داخل الأنبوب على شكل أسطوانة نصف قطرها y وطولها L ونطبق عليها معادلة برنولي. نظرًا للمحور الأفقي للأنبوب z1=z2=0، إذن حيث R هو نصف القطر الهيدروليكي لقسم الحجم الأسطواني المحدد = y/2 τ – وحدة قوة الاحتكاك = - μ * dυ/dy استبدال قيم R و τ في المعادلة الأصلية التي نحصل عليها من خلال تحديد قيم مختلفة للإحداثي y، يمكنك حساب السرعات عند أي نقطة في القسم. ومن الواضح أن السرعة القصوى ستكون عند y=0، أي. على محور الأنبوب. من أجل تمثيل هذه المعادلة بيانياً، من الضروري رسم السرعة على مقياس معين من بعض الخطوط المستقيمة التعسفية AA في شكل شرائح موجهة على طول تدفق السائل، وتوصيل نهايات المقاطع بمنحنى سلس. سيمثل المنحنى الناتج منحنى توزيع السرعة في المقطع العرضي للتدفق. يبدو الرسم البياني للتغيرات في قوة الاحتكاك τ عبر مقطع عرضي مختلفًا تمامًا. وهكذا، في الوضع الصفحي في أنبوب أسطواني، تتغير السرعات في المقطع العرضي للتدفق وفقًا لقانون القطع المكافئ، وتتغير الضغوط العرضية وفقًا للقانون الخطي. النتائج التي تم الحصول عليها صالحة لمقاطع الأنابيب ذات التدفق الصفحي المتطور بالكامل. في الواقع، يجب أن يمر السائل الذي يدخل الأنبوب بقسم معين من قسم المدخل قبل إنشاء قانون توزيع سرعة القطع المكافئ المتوافق مع النظام الصفحي في الأنبوب. يمكن تصور تطور النظام الصفحي في الأنبوب على النحو التالي. دعنا، على سبيل المثال، يدخل السائل إلى أنبوب من خزان كبير، وتكون حواف فتحة المدخل مستديرة جيدًا. في هذه الحالة، ستكون السرعات في جميع نقاط المقطع العرضي للمدخل هي نفسها تقريبًا، باستثناء طبقة رقيقة جدًا تسمى طبقة الجدار (طبقة قريبة من الجدران)، والتي، بسبب التصاق السائل على الجدران، يحدث انخفاض مفاجئ تقريبًا في السرعة إلى الصفر. ولذلك، يمكن تمثيل منحنى السرعة في قسم المدخل بدقة تامة في شكل قطعة خط مستقيم. ومع ابتعادنا عن المدخل، بسبب الاحتكاك بالجدران، تبدأ طبقات السائل المجاورة للطبقة الحدودية في التباطؤ، ويزداد سمك هذه الطبقة تدريجياً، وتتباطأ الحركة فيها، على العكس من ذلك. الجزء المركزي من التدفق (جوهر التدفق)، الذي لم يتم التقاطه بعد بالاحتكاك، يستمر في التحرك كوحدة واحدة، بنفس السرعة تقريبًا لجميع الطبقات، ويؤدي تباطؤ الحركة في الطبقة القريبة من الجدار حتمًا إلى حدوث زيادة في السرعة في النواة. وهكذا، في منتصف الأنبوب، في القلب، تزداد سرعة التدفق طوال الوقت، وبالقرب من الجدران، في الطبقة الحدودية المتنامية، تنخفض. يحدث هذا حتى تغطي الطبقة الحدودية المقطع العرضي للتدفق بالكامل ويتم تقليل اللب إلى الصفر. عند هذه النقطة، ينتهي تكوين التدفق، ويأخذ منحنى السرعة الشكل القطع المكافئ المعتاد للنظام الصفحي. في ظل ظروف معينة، يمكن أن يصبح تدفق السائل الصفحي مضطربا. مع زيادة سرعة التدفق، يبدأ هيكل التدفق الطبقي في الانهيار، وتظهر الموجات والدوامات، التي يشير انتشارها في التدفق إلى اضطراب متزايد. وتدريجياً، يبدأ عدد الدوامات في التزايد، ويزداد حتى ينقسم التيار إلى عدة تيارات أصغر تختلط مع بعضها البعض. تشير الحركة الفوضوية لمثل هذه التيارات الصغيرة إلى بداية الانتقال من التدفق الصفحي إلى التدفق المضطرب. مع زيادة السرعة، يفقد التدفق الصفحي استقراره، وأي اضطرابات صغيرة عشوائية كانت تسبب في السابق تقلبات صغيرة فقط تبدأ في التطور بسرعة.
في الحياة اليومية، يمكن تتبع الانتقال من نظام تدفق إلى آخر باستخدام مثال تيار من الدخان. في البداية، تتحرك الجسيمات بشكل متوازي تقريبًا على طول مسارات ثابتة مع الزمن. الدخان بلا حراك عمليا. وبمرور الوقت، تظهر دوامات كبيرة فجأة في بعض الأماكن وتتحرك في مسارات فوضوية. وتنقسم هذه الدوامات إلى دوامات أصغر، وتلك إلى دوامات أصغر، وهكذا. في النهاية، يمتزج الدخان عمليًا بالهواء المحيط. الصفحي هو تدفق هواء تتحرك فيه تيارات الهواء في اتجاه واحد وتكون موازية لبعضها البعض. عندما تزيد السرعة إلى قيمة معينة، فإن تيارات تدفق الهواء، بالإضافة إلى السرعة الانتقالية، تكتسب أيضًا سرعات متغيرة بسرعة متعامدة مع اتجاه الحركة الانتقالية. يتشكل تدفق يسمى المضطرب ، أي غير منظم. الطبقة الحدودية الطبقة الحدودية هي طبقة تختلف فيها سرعة الهواء من صفر إلى قيمة قريبة من سرعة تدفق الهواء المحلي. عندما يتدفق تدفق الهواء حول جسم ما (الشكل 5)، لا تنزلق جزيئات الهواء فوق سطح الجسم، بل تتباطأ، وتصبح سرعة الهواء على سطح الجسم صفرًا. عند الابتعاد عن سطح الجسم، تزداد سرعة الهواء من الصفر إلى سرعة تدفق الهواء. يتم قياس سمك الطبقة الحدودية بالملليمتر ويعتمد على لزوجة الهواء وضغطه ومظهر الجسم وحالة سطحه وموضع الجسم في تدفق الهواء. يزداد سمك الطبقة الحدودية تدريجيًا من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية. وفي الطبقة الحدودية تختلف طبيعة حركة جزيئات الهواء عن طبيعة الحركة خارجها. لننظر إلى جسيم الهواء A (الشكل 6)، الذي يقع بين تيارات الهواء بسرعات U1 وU2، ونظرًا للاختلاف في هاتين السرعتين المطبقتين على نقاط متقابلة من الجسيم، فإنه يدور، وكلما اقترب هذا الجسيم من سطح الجسم، كلما زاد دورانه (حيث يكون فرق السرعات أعلى). عند الابتعاد عن سطح الجسم، تتباطأ الحركة الدورانية للجسيم وتصبح مساوية للصفر بسبب تساوي سرعة تدفق الهواء وسرعة الهواء للطبقة الحدودية. خلف الجسم، تتحول الطبقة الحدودية إلى تيار متزامن، والذي يتلاشى ويختفي أثناء تحركه بعيدًا عن الجسم. ويحدث الاضطراب في أعقاب سقوط الطائرة على ذيل الطائرة مما يقلل من كفاءتها ويسبب اهتزازها (ظاهرة الخفقان). تنقسم الطبقة الحدودية إلى طبقة صفحية ومضطربة (الشكل 7). في التدفق الصفائحي الثابت للطبقة الحدودية، تظهر فقط قوى الاحتكاك الداخلي بسبب لزوجة الهواء، وبالتالي تكون مقاومة الهواء في الطبقة الصفائحية منخفضة. أرز. 5 أرز. 6 تدفق الهواء حول الجسم - تباطؤ التدفق في الطبقة الحدودية
أرز. 7 في الطبقة الحدودية المضطربة، هناك حركة مستمرة لتيارات الهواء في جميع الاتجاهات، الأمر الذي يتطلب المزيد من الطاقة للحفاظ على حركة دوامة عشوائية، ونتيجة لذلك، يخلق مقاومة أكبر لتدفق الهواء إلى الجسم المتحرك. لتحديد طبيعة الطبقة الحدودية، يتم استخدام معامل Cf. الجسم ذو التكوين المعين له معامله الخاص. لذلك، على سبيل المثال، بالنسبة للوحة المسطحة، فإن معامل مقاومة الطبقة الحدودية الصفائحية يساوي: لطبقة مضطربة حيث Re هو رقم رينولدز، الذي يعبر عن نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى الاحتكاك ويحدد نسبة مكونين - مقاومة المظهر الجانبي (مقاومة الشكل) ومقاومة الاحتكاك. يتم تحديد رقم رينولدز Re بواسطة الصيغة: حيث V هي سرعة تدفق الهواء، ط - طبيعة حجم الجسم، معامل اللزوجة الحركية لقوى احتكاك الهواء. عندما يتدفق تدفق الهواء حول الجسم، عند نقطة معينة، تنتقل الطبقة الحدودية من الطبقة الصفائحية إلى الطبقة المضطربة. وتسمى هذه النقطة نقطة التحول. ويعتمد موقعه على سطح الجسم الجانبي على لزوجة الهواء وضغطه، وسرعة تيارات الهواء، وشكل الجسم وموقعه في مجرى الهواء، وكذلك خشونة السطح. عند إنشاء ملفات تعريف الجناح، يسعى المصممون إلى وضع هذه النقطة بعيدًا قدر الإمكان عن الحافة الأمامية للملف الجانبي، وبالتالي تقليل مقاومة الاحتكاك. ولهذا الغرض، يتم استخدام مقاطع مصفحة خاصة لزيادة نعومة سطح الجناح وعدد من التدابير الأخرى. عندما تزداد سرعة تدفق الهواء أو تزداد زاوية موضع الجسم بالنسبة لتدفق الهواء إلى قيمة معينة، عند نقطة معينة يتم فصل الطبقة الحدودية عن السطح، وينخفض الضغط خلف هذه النقطة بشكل حاد. ونتيجة لكون الضغط عند الحافة الخلفية للجسم أكبر منه خلف نقطة الفصل، يحدث تدفق عكسي للهواء من منطقة الضغط الأعلى إلى منطقة الضغط المنخفض إلى نقطة الفصل، مما يستلزم الانفصال لتدفق الهواء من سطح الجسم (الشكل 8). تنطلق الطبقة الحدودية الصفائحية من سطح الجسم بسهولة أكبر من الطبقة الحدودية المضطربة. معادلة استمرارية تدفق الهواء معادلة استمرارية تدفق الهواء (ثبات تدفق الهواء) هي معادلة للديناميكا الهوائية تتبع القوانين الأساسية للفيزياء - حفظ الكتلة والقصور الذاتي - وتحدد العلاقة بين الكثافة والسرعة ومساحة المقطع العرضي من طائرة من تدفق الهواء. أرز. 8 أرز. 9 عند النظر في ذلك، يتم قبول الشرط أن الهواء قيد الدراسة لا يملك خاصية الانضغاط (الشكل 9). في تيار ذو مقطع عرضي متغير، يتدفق حجم ثانٍ من الهواء عبر القسم I خلال فترة زمنية معينة؛ هذا الحجم يساوي حاصل ضرب سرعة تدفق الهواء والمقطع العرضي F. معدل تدفق الهواء الكتلي الثاني m يساوي حاصل ضرب معدل تدفق الهواء الثاني والكثافة p لتدفق الهواء في التيار. وفقًا لقانون حفظ الطاقة، فإن كتلة تدفق الهواء م1 المتدفق عبر القسم I (F1) تساوي كتلة م2 التدفق المعطى المتدفق عبر القسم II (F2)، بشرط أن يكون تدفق الهواء ثابتًا: م1=م2=ثابت، (1.7) m1F1V1=m2F2V2=ثابت. (1.8) يسمى هذا التعبير معادلة استمرارية تدفق الهواء للتيار. F1V1=F2V2= ثابت. (1.9) لذا فمن الواضح من الصيغة أن نفس حجم الهواء يمر عبر أقسام مختلفة من التيار في وحدة زمنية معينة (الثانية)، ولكن بسرعات مختلفة. لنكتب المعادلة (1.9) بالشكل التالي: توضح الصيغة أن سرعة تدفق الهواء للطائرة تتناسب عكسيا مع مساحة المقطع العرضي للطائرة والعكس صحيح. وبالتالي، فإن معادلة استمرارية تدفق الهواء تحدد العلاقة بين المقطع العرضي للنفث والسرعة، بشرط أن يكون تدفق الهواء للنفث ثابتًا. الضغط الساكن والسرعة معادلة برنولي الديناميكا الهوائية للطائرة الطائرة التي تقع في تيار هواء ثابت أو متحرك بالنسبة لها تتعرض لضغط من الأخير، في الحالة الأولى (عندما يكون تدفق الهواء ثابتًا) يكون ضغطًا ثابتًا وفي الحالة الثانية (عندما يتحرك تدفق الهواء) يكون الضغط الديناميكي، وغالبا ما يطلق عليه الضغط عالي السرعة. يشبه الضغط الساكن في التيار ضغط السائل في حالة الراحة (الماء والغاز). على سبيل المثال: الماء في الأنبوب، يمكن أن يكون ساكناً أو متحركاً، وفي كلتا الحالتين تكون جدران الأنبوب تحت ضغط من الماء. في حالة حركة الماء، سيكون الضغط أقل قليلا، حيث ظهر ضغط عالي السرعة. وفقًا لقانون حفظ الطاقة، فإن طاقة تيار الهواء المتدفق في أقسام مختلفة من تيار الهواء هي مجموع الطاقة الحركية للتدفق، والطاقة الكامنة لقوى الضغط، والطاقة الداخلية للتدفق و طاقة وضعية الجسم . هذا المبلغ هو قيمة ثابتة: إكين+إير+Evn+En=sopst (1.10) الطاقة الحركية (إيكين) هي قدرة تدفق الهواء المتحرك على بذل شغل. إنه متساوي حيث m هي كتلة الهواء، وkgf s2m؛ سرعة تدفق الهواء، م/ث. إذا استبدلنا كثافة كتلة الهواء p بدلاً من الكتلة m، فسنحصل على صيغة لتحديد ضغط السرعة q (بالكيلوجرام/م2) الطاقة المحتملة Ep هي قدرة تدفق الهواء على بذل شغل تحت تأثير قوى الضغط الساكنة. إنه متساوي (بالكيلوجرام-م) حيث P هو ضغط الهواء، كجم ق / م 2؛ F هي مساحة المقطع العرضي لتيار الهواء، m2؛ S هو المسار الذي يقطعه 1 كجم من الهواء عبر مقطع معين، m؛ يُطلق على المنتج SF الحجم المحدد ويشار إليه بالرمز v. وبتعويض قيمة الحجم المحدد للهواء في الصيغة (1.13)، نحصل على الطاقة الداخلية Evn هي قدرة الغاز على بذل شغل عندما تتغير درجة حرارته: حيث Cv هي السعة الحرارية للهواء عند حجم ثابت، cal/kg-deg؛ درجة الحرارة T على مقياس كلفن، K؛ A هو المعادل الحراري للعمل الميكانيكي (كال-كجم-م). يتضح من المعادلة أن الطاقة الداخلية لتدفق الهواء تتناسب طرديا مع درجة حرارته. طاقة الموضع En هي قدرة الهواء على بذل شغل عندما يتغير موضع مركز ثقل كتلة معينة من الهواء عند ارتفاعه إلى ارتفاع معين ويساوي حيث h هو التغير في الارتفاع، m. نظرًا للقيم الصغيرة جدًا لفصل مراكز ثقل الكتل الهوائية على طول الارتفاع في تيار تدفق الهواء، يتم إهمال هذه الطاقة في الديناميكا الهوائية. بالنظر إلى جميع أنواع الطاقة وعلاقتها بظروف معينة، يمكننا صياغة قانون برنولي، الذي ينشئ علاقة بين الضغط الساكن في تيار من تدفق الهواء وضغط السرعة. لنفكر في أنبوب (الشكل 10) ذو قطر متغير (1، 2، 3) يتحرك فيه تدفق الهواء. تستخدم أجهزة قياس الضغط لقياس الضغط في الأقسام قيد النظر. وبتحليل قراءات أجهزة قياس الضغط، يمكننا أن نستنتج أن أدنى ضغط ديناميكي يظهر بواسطة مقياس ضغط ذو مقطع عرضي 3-3. وهذا يعني أنه مع تضييق الأنبوب، تزداد سرعة تدفق الهواء وينخفض الضغط. أرز. 10 سبب انخفاض الضغط هو أن تدفق الهواء لا ينتج أي شغل (لا يؤخذ الاحتكاك في الاعتبار) وبالتالي تظل الطاقة الإجمالية لتدفق الهواء ثابتة. إذا اعتبرنا أن درجة الحرارة والكثافة وحجم تدفق الهواء في أقسام مختلفة ثابتة (T1=T2=T3;Р1=Р2=Р3, V1=V2=V3)، فيمكن تجاهل الطاقة الداخلية. وهذا يعني أنه في هذه الحالة من الممكن أن تتحول الطاقة الحركية لتدفق الهواء إلى طاقة محتملة والعكس صحيح. عندما تزداد سرعة تدفق الهواء، يزداد أيضًا ضغط السرعة، وبالتالي الطاقة الحركية لتدفق الهواء هذا. دعونا نعوض القيم من الصيغ (1.11)، (1.12)، (1.13)، (1.14)، (1.15) إلى الصيغة (1.10)، مع مراعاة إهمال الطاقة الداخلية والطاقة الموضعية، وتحويل المعادلة ( 1.10)، نحصل عليها تتم كتابة هذه المعادلة لأي مقطع عرضي لتيار الهواء على النحو التالي: هذا النوع من المعادلات هو أبسط معادلة برنولي الرياضية ويظهر أن مجموع الضغوط الساكنة والديناميكية لأي قسم من تيار تدفق الهواء الثابت هو قيمة ثابتة. لا يتم أخذ الانضغاط بعين الاعتبار في هذه الحالة. عند أخذ قابلية الانضغاط في الاعتبار، يتم إجراء التصحيحات المناسبة. لتوضيح قانون برنولي، يمكنك إجراء تجربة. خذ ورقتين، واجعلهما متوازيتين على مسافة قصيرة، ثم انفخ في الفجوة بينهما. أرز. أحد عشر الأوراق تقترب. وسبب تقاربهما هو أن الضغط الجوي على السطح الخارجي للصفائح، وفي الفترة الفاصلة بينهما بسبب وجود ضغط هوائي عالي السرعة، انخفض الضغط وأصبح أقل من الضغط الجوي. تحت تأثير اختلافات الضغط، تنحني أوراق الورق إلى الداخل. أنفاق الرياح يُطلق على الإعداد التجريبي لدراسة الظواهر والعمليات المصاحبة لتدفق الغاز حول الأجسام اسم نفق الرياح. يعتمد مبدأ تشغيل أنفاق الرياح على مبدأ النسبية لجاليليو: بدلاً من حركة الجسم في وسط ثابت، تتم دراسة تدفق الغاز حول جسم ثابت. في أنفاق الرياح، تعمل القوى واللحظات الديناميكية الهوائية على يتم تحديد الطائرات تجريبيا، ودراسة توزيع الضغط ودرجة الحرارة على سطحها، وملاحظة نمط التدفق حول الجسم، ودراسة المرونة الهوائية. تنقسم أنفاق الرياح، اعتمادًا على نطاق أرقام ماخ M، إلى أنفاق دون سرعة الصوت (M = 0.15-0.7)، وترانسونيك (M = 0.7-1 3)، وأسرع من الصوت (M = 1.3-5) وفرط صوتية (M = 5-25). )، وفقًا لمبدأ التشغيل - إلى الضاغط (العمل المستمر)، حيث يتم إنشاء تدفق الهواء بواسطة ضاغط خاص، والبالونات ذات الضغط المتزايد، وفقًا لتخطيط الدائرة - إلى مغلقة ومفتوحة. تتميز أنابيب الضاغط بكفاءة عالية، فهي سهلة الاستخدام، ولكنها تتطلب إنشاء ضواغط فريدة ذات معدلات تدفق غاز عالية وطاقة عالية. تعتبر أنفاق الرياح البالونية أقل اقتصادية من أنفاق الرياح الضاغطة، حيث يتم فقدان بعض الطاقة عند اختناق الغاز. بالإضافة إلى ذلك فإن مدة تشغيل أنفاق الرياح البالونية محدودة باحتياطيات الغاز الموجودة في الخزانات وتتراوح من عشرات الثواني إلى عدة دقائق لمختلف أنفاق الرياح. يرجع الاستخدام الواسع النطاق لأنفاق الرياح البالونية إلى حقيقة أنها أبسط في التصميم وأن قوة الضاغط المطلوبة لملء البالونات صغيرة نسبيًا. تستخدم أنفاق الرياح ذات الحلقة المغلقة جزءًا كبيرًا من الطاقة الحركية المتبقية في تيار الغاز بعد مروره عبر منطقة العمل، مما يزيد من كفاءة الأنبوب. ومع ذلك، في هذه الحالة، من الضروري زيادة الأبعاد الإجمالية للتثبيت. في أنفاق الرياح دون سرعة الصوت، تتم دراسة الخصائص الديناميكية الهوائية لطائرات الهليكوبتر دون سرعة الصوت، وكذلك خصائص الطائرات الأسرع من الصوت في أوضاع الإقلاع والهبوط. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامها لدراسة التدفق حول السيارات والمركبات الأرضية الأخرى والمباني والآثار والجسور وغيرها من الأشياء.يوضح الشكل رسمًا تخطيطيًا لنفق الرياح مغلق الحلقة دون سرعة الصوت. أرز. 12 1 - قرص العسل 2 - الشبكات 3 - الغرفة المسبقة 4 - الخلط 5 - اتجاه التدفق 6 - جزء العمل مع النموذج 7 - الناشر، 8 - الكوع مع شفرات دوارة، 9 - ضاغط 10 - مبرد الهواء أرز. 13 1 - قرص العسل 2 - الشبكات 3 - الغرفة المسبقة 4 الخلط 5 جزء العمل المثقب مع الموديل 6 القاذف 7 الناشر 8 الكوع مع دوارات التوجيه 9 عادم الهواء 10 - إمداد الهواء من الأسطوانات أرز. 14 1 - أسطوانة الهواء المضغوط 2 - خط الأنابيب 3 - تنظيم الخانق 4 - شبكات التسوية 5 - قرص العسل 6 - شبكات إزالة الاضطراب 7 - الغرفة المسبقة 8 - الخلط 9 - الفوهة الأسرع من الصوت 10 - الجزء العامل مع الموديل 11 - الناشر الأسرع من الصوت 12 - الناشر دون سرعة الصوت 13 - الغلاف الجوي يطلق أرز. 15 1 - أسطوانة الضغط العالي 2 - خط الأنابيب 3 - صمام التحكم 4 - السخان 5 - الحجرة المسبقة مع قرص العسل والشبكات 6 - فوهة متماثلة محورية تفوق سرعة الصوت 7 - جزء العمل مع النموذج 8 - ناشر متماثل محوري تفوق سرعة الصوت 9 - مبرد الهواء 10 - اتجاه التدفق 11 - إمداد الهواء إلى القاذفات 12 - القاذفات 13 - المصاريع 14 - خزان التفريغ 15 - الناشر دون سرعة الصوت تدفق الصفحي(من الصفيحة اللاتينية - الصفيحة) - نظام تدفق منظم لسائل لزج (أو غاز)، يتميز بعدم الخلط بين طبقات السائل المجاورة. الظروف التي يمكن أن يحدث فيها L. t مستقرة، أي غير منزعجة من الاضطرابات العشوائية، تعتمد على قيمة البعد بلا أبعاد رقم رينولدز إعادة. لكل نوع من التدفق هناك مثل هذا الرقم ره كر، ودعا أقل أهمية رقم رينولدز, الذي لأي يكرر يتم إعطاء فكرة عن ميزات الحركة الخطية من خلال حالة الحركة المدروسة جيدًا في شكل أسطواني مستدير. يضخ لهذا التيار ره كرونة 2200، حيث إعادة =
(
- متوسط سرعة السوائل، د- قطر دائرة الانبوب،
- الحركية معامل في الرياضيات او درجة اللزوجة - ديناميكية معامل في الرياضيات او درجة اللزوجة - كثافة السوائل). وبالتالي، يمكن أن يحدث تدفق ليزر مستقر عمليًا إما مع تدفق بطيء نسبيًا لسائل لزج بدرجة كافية أو في أنابيب رفيعة جدًا (شعرية). على سبيل المثال، بالنسبة للمياه (= 10 -6 م 2 / ث عند 20 درجة مئوية) L. t. s = 1 م / ث ممكن فقط في الأنابيب التي لا يزيد قطرها عن 2.2 مم. مع LP في أنبوب طويل لا نهائي، تتغير السرعة في أي قسم من الأنبوب وفقًا للقانون -(1 - -) ص 2 /أ 2) حيث أ- نصف قطر الأنبوب، ص- المسافة من المحور، - سرعة التدفق المحوري (الحد الأقصى عدديا)؛ مكافئ المقابلة. يظهر ملف تعريف السرعة في الشكل. أ. يتغير إجهاد الاحتكاك على طول نصف القطر وفقًا للقانون الخطي حيث = هو إجهاد الاحتكاك على جدار الأنبوب. للتغلب على قوى الاحتكاك اللزج في أنبوب ذو حركة منتظمة، يجب أن يكون هناك انخفاض طولي في الضغط، يتم التعبير عنه عادةً بالمساواة ف 1 - ف 2 توزيع السرعة على المقطع العرضي للأنبوب: أ- مع التدفق الصفحي. ب- في التدفق المضطرب. عندما يصبح التدفق مضطربا، يتغير هيكل التدفق وملف السرعة بشكل ملحوظ (الشكل 1). 6
) وقانون المقاومة أي الاعتماد على يكرر(سم. المقاومة الهيدروديناميكية). بالإضافة إلى الأنابيب، يحدث التشحيم في طبقة التشحيم في المحامل، بالقرب من سطح الأجسام التي تتدفق حول مائع منخفض اللزوجة (انظر الشكل 1). الطبقة الحدودية)، عندما يتدفق سائل شديد اللزوجة ببطء حول الأجسام الصغيرة (انظر، على وجه الخصوص، صيغة ستوكس). تُستخدم نظرية نظرية الليزر أيضًا في قياس اللزوجة، في دراسة انتقال الحرارة في مائع لزج متحرك، في دراسة حركة القطرات والفقاعات في وسط سائل، في دراسة التدفقات في الأغشية الرقيقة من السائل، و في حل عدد من المشاكل الأخرى في الفيزياء والعلوم الفيزيائية. كيمياء. أشعل.: Landau L.D.، Lifshits E.M.، ميكانيكا الوسائط المستمرة، الطبعة الثانية، M.، 1954؛ Loytsyansky L.G.، ميكانيكا السائل والغاز، الطبعة السادسة، م، 1987؛ Targ S.M.، المشاكل الأساسية لنظرية التدفقات الصفحية، M.-L.، 1951؛ Slezkin N.A.، ديناميات السائل اللزج غير القابل للضغط، M.، 1955، الفصل. 4 - 11. إس إم تارج.مفهوم اضطراب السرعة
الحسابات والحقائق
استقرار التدفق الصفحي في خط الأنابيب
تدفق السوائل القابلة للضغط وغير القابلة للضغط
خاتمة
,
,
- فقدان الرأس على طول.
، أي. على محور الأنابيب 
,
.الوضع المضطرب لحركة السوائل
.
o يتكون التدفق المضطرب براندتل من منطقتين: الطبقة الفرعية الصفائحيةو جوهر مضطربالتدفق ، حيث توجد منطقة أخرى - طبقة انتقالية. عادةً ما يُطلق على مزيج الطبقة الفرعية الصفائحية والطبقة الانتقالية في الديناميكا المائية الطبقة الحدودية.
.
سطح جدران الأنابيب والقنوات والصواني له خشونة أو أخرى. دعونا نشير إلى ارتفاع نتوءات الخشونة بالحرف Δ. تسمى الكمية Δ خشونة مطلقةونسبته إلى قطر الأنبوب (Δ/d) - خشونة نسبية; تسمى القيمة المتبادلة للخشونة النسبية نعومة نسبية(د/Δ).
,
.
الخسائر الطبيعيةتنتج الطاقة عن ما يسمى بالمقاومة الهيدروليكية المحلية، أي. تغيرات محلية في شكل وحجم القناة، مما يسبب تشوه التدفق. عندما يتدفق السائل عبر مقاومات محلية، تتغير سرعته وتظهر دوامات كبيرة عادة. وتتشكل الأخيرة خلف المكان الذي ينفصل فيه التدفق عن الجدران وتمثل المناطق التي تتحرك فيها جزيئات السائل بشكل رئيسي على طول منحنيات مغلقة أو مسارات قريبة منها.
,
,
,
.
,
.
من الصعب معرفة المعنى المادي للمعامل λ
، إذا أخذنا بعين الاعتبار حالة الحركة المنتظمة في أنبوب ذو حجم أسطواني وطول لوالقطر د، أي. المساواة مع الصفر لمجموع القوى المؤثرة على الحجم: قوى الضغط وقوى الاحتكاك. هذه المساواة لها الشكل
,
- إجهاد الاحتكاك على جدار الأنبوب.
، يمكنك الحصول
,وضع الحركة الصفحية في التجارب
صيغة التدفق الصفحي
تطوير النظام الصفحي في الأنابيب
الانتقال من التدفق الصفحي إلى التدفق المضطرب
فيديو عن التدفق الصفحي
أين ص 1و ص 2- الضغط في kn. مقطعين عرضيين يقعان على مسافة لمن بعضها البعض - معامل. المقاومة، اعتمادا على L. t. يتم تحديد معدل التدفق الثاني للسائل في الأنبوب عند L.t بواسطة قانون بوازويل. في الأنابيب ذات الطول المحدود، لا يتم إنشاء L. t. الموصوف على الفور وفي بداية الأنبوب يوجد ما يسمى. قسم المدخل، حيث يتحول ملف السرعة تدريجيًا إلى قطع مكافئ. الطول التقريبي لقسم الإدخال 