Nghiên cứu tính chất của dòng chất lỏng và khí rất quan trọng đối với ngành công nghiệp và tiện ích. Dòng chảy tầng và hỗn loạn ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển nước, dầu và khí tự nhiên qua đường ống cho các mục đích khác nhau và ảnh hưởng đến các thông số khác. Khoa học thủy động lực học giải quyết những vấn đề này.
Phân loại
Trong cộng đồng khoa học, chế độ dòng chảy của chất lỏng và khí được chia thành hai loại hoàn toàn khác nhau:
- tầng (máy bay phản lực);
- hỗn loạn.
Một giai đoạn chuyển tiếp cũng được phân biệt. Nhân tiện, thuật ngữ "chất lỏng" có nghĩa rộng: nó có thể không nén được (đây thực sự là chất lỏng), có thể nén được (khí), dẫn điện, v.v.
Lý lịch
Trở lại năm 1880, Mendeleev bày tỏ ý tưởng về sự tồn tại của hai chế độ dòng chảy ngược nhau. Nhà vật lý và kỹ sư người Anh Osborne Reynolds đã nghiên cứu vấn đề này chi tiết hơn và hoàn thành nghiên cứu của mình vào năm 1883. Đầu tiên là thực tế, và sau đó sử dụng các công thức, ông đã chứng minh được rằng ở tốc độ dòng chảy thấp, chuyển động của chất lỏng có dạng tầng: các lớp (dòng hạt) hầu như không trộn lẫn và di chuyển dọc theo các quỹ đạo song song. Tuy nhiên, sau khi vượt qua một giá trị tới hạn nhất định (khác với các điều kiện khác nhau), được gọi là số Reynolds, chế độ dòng chất lỏng thay đổi: dòng phản lực trở nên hỗn loạn, xoáy - tức là hỗn loạn. Hóa ra, những thông số này cũng đặc trưng cho chất khí ở một mức độ nhất định.
Các tính toán thực tế của nhà khoa học người Anh đã chỉ ra rằng hành vi của nước chẳng hạn phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng và kích thước của bể chứa (ống, kênh, mao dẫn, v.v.) mà nó chảy qua. Các ống có tiết diện tròn (chẳng hạn như dùng để lắp đặt đường ống áp lực) có số Reynolds riêng - công thức được mô tả như sau: Re = 2300. Đối với dòng chảy dọc theo kênh hở thì khác: Re = 900 Ở giá trị Re thấp hơn, luồng sẽ có thứ tự, ở giá trị cao hơn - hỗn loạn.
Dòng chảy tầng
Sự khác biệt giữa dòng chảy tầng và dòng chảy hỗn loạn là bản chất và hướng của dòng nước (khí). Chúng di chuyển theo từng lớp, không trộn lẫn và không có nhịp đập. Nói cách khác, chuyển động diễn ra đồng đều, không có sự thay đổi ngẫu nhiên về áp lực, hướng và tốc độ.
Dòng chảy tầng của chất lỏng được hình thành, ví dụ, trong các sinh vật sống hẹp, mao mạch của thực vật và trong các điều kiện tương đương, trong dòng chảy của chất lỏng rất nhớt (dầu nhiên liệu qua đường ống). Để thấy rõ dòng tia, chỉ cần mở nhẹ vòi nước - nước sẽ chảy êm, đều, không bị hòa trộn. Nếu tắt hoàn toàn vòi, áp suất trong hệ thống sẽ tăng lên và dòng chảy sẽ trở nên hỗn loạn.
Dòng chảy rối
Không giống như dòng chảy tầng, trong đó các hạt gần đó di chuyển theo quỹ đạo gần như song song, dòng chất lỏng hỗn loạn bị rối loạn. Nếu chúng ta sử dụng phương pháp Lagrange thì quỹ đạo của các hạt có thể giao nhau một cách tùy ý và hành xử khá khó đoán. Chuyển động của chất lỏng và chất khí trong những điều kiện này luôn không cố định và các thông số của những chuyển động không cố định này có thể có phạm vi rất rộng.
Chế độ tầng của dòng khí chuyển sang trạng thái hỗn loạn có thể được tìm ra bằng cách sử dụng ví dụ về dòng khói từ điếu thuốc đang cháy trong không khí tĩnh lặng. Ban đầu, các hạt chuyển động gần như song song theo những quỹ đạo không thay đổi theo thời gian. Làn khói dường như bất động. Sau đó, ở một nơi nào đó, những cơn lốc lớn đột nhiên xuất hiện và di chuyển hoàn toàn hỗn loạn. Những xoáy này vỡ ra thành những xoáy nhỏ hơn, những xoáy này lại thành những xoáy nhỏ hơn nữa, v.v. Cuối cùng, khói gần như hòa trộn với không khí xung quanh.
Chu kỳ nhiễu loạn
Ví dụ được mô tả ở trên là sách giáo khoa và từ quan sát của nó, các nhà khoa học đã rút ra kết luận sau:
- Dòng chảy tầng và dòng chảy hỗn loạn có bản chất xác suất: quá trình chuyển đổi từ chế độ này sang chế độ khác không xảy ra ở một nơi được xác định chính xác mà ở một nơi khá tùy tiện, ngẫu nhiên.
- Đầu tiên, các xoáy lớn xuất hiện, kích thước của chúng lớn hơn kích thước của một luồng khói. Chuyển động trở nên không ổn định và có tính dị hướng cao. Dòng chảy lớn mất đi sự ổn định và vỡ thành những dòng ngày càng nhỏ hơn. Do đó, toàn bộ hệ thống phân cấp của các xoáy phát sinh. Năng lượng chuyển động của chúng được truyền từ lớn sang nhỏ và khi kết thúc quá trình này biến mất - sự tiêu tán năng lượng xảy ra ở quy mô nhỏ.
- Chế độ dòng chảy rối có tính chất ngẫu nhiên: cơn lốc này hay cơn lốc khác có thể kết thúc ở một nơi hoàn toàn tùy ý, không thể đoán trước.
- Sự trộn khói với không khí xung quanh thực tế không xảy ra trong điều kiện tầng, nhưng trong điều kiện hỗn loạn thì rất mãnh liệt.
- Mặc dù thực tế là các điều kiện biên là dừng, nhưng bản thân nhiễu loạn có đặc điểm không cố định rõ rệt - tất cả các thông số động lực khí đều thay đổi theo thời gian.
Có một tính chất quan trọng khác của nhiễu loạn: nó luôn có ba chiều. Ngay cả khi chúng ta xem xét dòng chảy một chiều trong đường ống hoặc lớp biên hai chiều, chuyển động của các xoáy hỗn loạn vẫn xảy ra theo các hướng của cả ba trục tọa độ.
Số Reynolds: công thức
Sự chuyển đổi từ trạng thái tầng sang nhiễu loạn được đặc trưng bởi cái gọi là số Reynolds tới hạn:
Re cr = (ρuL/µ) cr,
trong đó ρ là mật độ dòng chảy, u là tốc độ dòng chảy đặc trưng; L là kích thước đặc trưng của dòng chảy, µ là hệ số cr - dòng chảy qua ống có tiết diện tròn.
Ví dụ, đối với một dòng chảy có tốc độ u trong một đường ống, L được sử dụng như Osborne Reynolds cho thấy trong trường hợp này 2300 Một kết quả tương tự thu được ở lớp ranh giới trên tấm. Khoảng cách từ mép trước của tấm được lấy làm kích thước đặc trưng, khi đó: 3 × 10 5 Dòng chảy tầng và dòng chất lỏng hỗn loạn, và theo đó, giá trị tới hạn của số Reynolds (Re) phụ thuộc vào một số lượng lớn các yếu tố: gradient áp suất, chiều cao của các nốt nhám, cường độ nhiễu loạn của dòng chảy bên ngoài, chênh lệch nhiệt độ, v.v. Thuận tiện, tổng các yếu tố này còn được gọi là nhiễu loạn vận tốc, vì chúng có ảnh hưởng nhất định đến tốc độ dòng chảy. Nếu sự nhiễu loạn này nhỏ, nó có thể bị dập tắt bởi các lực nhớt có xu hướng làm phẳng trường vận tốc. Khi có nhiễu loạn lớn, dòng chảy có thể mất ổn định và xuất hiện nhiễu loạn. Xét rằng ý nghĩa vật lý của số Reynolds là tỉ số giữa lực quán tính và lực nhớt, sự nhiễu loạn của dòng chảy tuân theo công thức: Re = ρuL/µ = ρu 2 /(µ×(u/L)). Tử số chứa gấp đôi vận tốc áp suất, và mẫu số chứa một đại lượng cỡ ứng suất ma sát nếu độ dày của lớp biên được lấy là L. Áp suất tốc độ cao có xu hướng phá hủy sự cân bằng, nhưng điều này đã được khắc phục. Tuy nhiên, người ta không rõ tại sao (hoặc áp suất vận tốc) chỉ dẫn đến những thay đổi khi chúng lớn hơn lực nhớt 1000 lần. Có lẽ sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng nhiễu loạn vận tốc thay vì vận tốc dòng tuyệt đối u làm vận tốc đặc trưng trong Recr. Trong trường hợp này, số Reynolds tới hạn sẽ có giá trị bằng 10, nghĩa là khi sự nhiễu loạn của áp suất vận tốc vượt quá ứng suất nhớt gấp 5 lần, dòng chảy tầng của chất lỏng trở nên hỗn loạn. Định nghĩa này của Re, theo một số nhà khoa học, giải thích rõ ràng những sự thật đã được xác nhận bằng thực nghiệm sau đây. Đối với một biên dạng vận tốc đồng đều lý tưởng trên một bề mặt nhẵn lý tưởng, số Re được xác định theo truyền thống có xu hướng tiến tới vô cùng, nghĩa là thực tế không quan sát thấy sự chuyển đổi sang nhiễu loạn. Nhưng số Reynolds, được xác định bởi độ lớn của nhiễu loạn tốc độ, lại nhỏ hơn số tới hạn, bằng 10. Khi có sự hiện diện của các bộ tạo rối nhân tạo gây ra sự bùng nổ tốc độ tương đương với tốc độ chính, dòng chảy trở nên hỗn loạn ở các giá trị của số Reynolds thấp hơn nhiều so với Re được xác định từ giá trị tuyệt đối của tốc độ. Điều này cho phép sử dụng giá trị của hệ số Re cr = 10, trong đó giá trị tuyệt đối của nhiễu loạn tốc độ gây ra bởi các lý do trên được sử dụng làm tốc độ đặc trưng. Dòng chảy tầng và hỗn loạn là đặc trưng của tất cả các loại chất lỏng và khí trong các điều kiện khác nhau. Trong tự nhiên, dòng chảy tầng rất hiếm và đặc trưng, chẳng hạn như dòng chảy ngầm hẹp trong điều kiện bằng phẳng. Vấn đề này khiến các nhà khoa học lo lắng hơn nhiều trong bối cảnh ứng dụng thực tế để vận chuyển nước, dầu, khí đốt và các chất lỏng kỹ thuật khác qua đường ống. Vấn đề ổn định dòng chảy tầng có liên quan chặt chẽ đến việc nghiên cứu chuyển động nhiễu loạn của dòng chảy chính. Người ta đã xác định rằng nó có thể phải đối mặt với cái gọi là những xáo trộn nhỏ. Tùy thuộc vào việc chúng mờ dần hay lớn dần theo thời gian mà dòng chảy chính được coi là ổn định hay không ổn định. Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy tầng và hỗn loạn của chất lỏng là khả năng nén của nó. Tính chất này của chất lỏng đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu tính ổn định của các quá trình không ổn định với sự thay đổi nhanh chóng của dòng chính. Nghiên cứu cho thấy dòng chảy tầng của chất lỏng không nén được trong các ống có tiết diện hình trụ có khả năng chống lại các nhiễu loạn đối xứng trục và không đối xứng trục tương đối nhỏ trong thời gian và không gian. Gần đây, các tính toán đã được thực hiện về ảnh hưởng của nhiễu loạn đối xứng trục đến độ ổn định của dòng chảy ở phần đầu vào của ống hình trụ, trong đó dòng chính phụ thuộc vào hai tọa độ. Trong trường hợp này, tọa độ dọc theo trục đường ống được coi là một tham số mà biểu đồ vận tốc dọc theo bán kính đường ống của dòng chính phụ thuộc vào. Mặc dù đã được nghiên cứu trong nhiều thế kỷ nhưng không thể nói rằng cả dòng chảy tầng và dòng chảy rối đều đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các nghiên cứu thực nghiệm ở cấp độ vi mô đặt ra những câu hỏi mới đòi hỏi sự biện minh tính toán hợp lý. Bản chất của nghiên cứu cũng có những lợi ích thiết thực: hàng nghìn km đường ống dẫn nước, dầu, khí đốt và sản phẩm đã được lắp đặt trên khắp thế giới. Càng thực hiện nhiều giải pháp kỹ thuật để giảm nhiễu loạn trong quá trình vận chuyển thì hiệu quả sẽ càng cao. Dòng chảy tầng chất lỏng được gọi là dòng chảy phân lớp mà không có sự trộn lẫn của các hạt chất lỏng và không có sự dao động về tốc độ và áp suất. Định luật phân bố vận tốc trên mặt cắt ngang của một ống tròn ở chế độ chuyển động tầng, do nhà vật lý người Anh J. Stokes thiết lập, có dạng Ở đâu Tại Với chuyển động tầng, đồ thị vận tốc dọc theo mặt cắt ngang của ống sẽ có dạng parabol bậc hai. hỗn loạnđược gọi là dòng chảy đi kèm với sự pha trộn mạnh mẽ của chất lỏng và các xung động của tốc độ và áp suất. Do sự hiện diện của các xoáy và sự pha trộn mạnh mẽ của các hạt chất lỏng, tại bất kỳ điểm nào trong dòng chảy hỗn loạn tại một thời điểm nhất định đều có vận tốc cục bộ tức thời của riêng nó về giá trị và hướng. bạn và quỹ đạo của các hạt đi qua điểm này có hình dạng khác nhau (chúng chiếm các vị trí khác nhau trong không gian và có hình dạng khác nhau). Sự dao động theo thời gian của tốc độ cục bộ tức thời được gọi là xung tốc độ. Điều tương tự cũng xảy ra với áp lực. Do đó, chuyển động hỗn loạn là không ổn định. Trung bình
tốc độ địa phương ū
- tốc độ trung bình giả định tại một điểm cho trước của dòng chảy trong một khoảng thời gian đủ dài, mặc dù có những biến động đáng kể về tốc độ tức thời nhưng vẫn gần như không đổi về giá trị và song song với trục dòng chảy. P Lớp con nhiều lớp, nằm ngay tại thành ống, có độ dày rất nhỏ δ
, có thể được xác định bằng công thức Trong lớp chuyển tiếp, dòng chảy tầng đã bị gián đoạn do chuyển động ngang của các hạt và điểm càng nằm xa thành ống thì cường độ trộn hạt càng cao. Độ dày của lớp này cũng nhỏ nhưng khó xác định được ranh giới rõ ràng. Phần chính của mặt cắt trực tiếp của dòng chảy được chiếm giữ bởi lõi của dòng chảy, trong đó quan sát thấy sự pha trộn mạnh mẽ của các hạt, do đó, đây là đặc điểm của toàn bộ chuyển động hỗn loạn của dòng chảy. KHÁI NIỆM VỀ ỐNG MỀM VÀ Thô THỦY LỰC P Tùy thuộc vào tỷ lệ độ dày của lớp con tầng δ
và độ cao của phần lồi lõm Δ được phân biệt trơn tru về mặt thủy lực Và thôđường ống. Nếu lớp con nhiều lớp bao phủ hoàn toàn tất cả các phần nhô ra trên thành ống, tức là. δ>Δ, ống được coi là trơn tru về mặt thủy lực. Tại 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). Bài giảng số 9
TỔN THẤT THỦY LỰC THÔNG TIN CHUNG. Khi một dòng chất lỏng thực chuyển động, tổn thất áp suất sẽ xảy ra, do một phần năng lượng riêng của dòng chảy được dùng để khắc phục các lực cản thủy lực khác nhau. Xác định định lượng tổn thất đầu h P
là một trong những bài toán quan trọng nhất của thủy động lực học, nếu không giải được thì không thể áp dụng phương trình Bernoulli vào thực tế: Ở đâu α
–
hệ số động năng bằng 1,13 đối với dòng chảy rối và 2 đối với dòng chảy tầng; v-tốc độ dòng chảy trung bình; h- sự giảm năng lượng cơ học riêng của dòng chảy trong khu vực giữa phần 1 và phần 2, xảy ra do lực ma sát bên trong. Mất năng lượng cụ thể (áp suất), hoặc, như chúng thường được gọi, tổn thất thủy lực, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của kênh, tốc độ dòng chảy và độ nhớt của chất lỏng và đôi khi vào áp suất tuyệt đối trong đó. Độ nhớt của chất lỏng, mặc dù là nguyên nhân sâu xa của mọi tổn thất thủy lực, nhưng không phải lúc nào cũng có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ của chúng. Như các thí nghiệm cho thấy, trong nhiều trường hợp, nhưng không phải tất cả các trường hợp, tổn thất thủy lực xấp xỉ tỷ lệ với tốc độ dòng chất lỏng lũy thừa bậc hai, do đó trong thủy lực, phương pháp chung sau đây để biểu thị tổn thất thủy lực của tổng cột nước theo đơn vị tuyến tính được chấp nhận: hoặc trong đơn vị áp suất Biểu thức này thuận tiện vì nó bao gồm hệ số tỷ lệ không thứ nguyên ζ
gọi điện hệ số tổn thất, hoặc hệ số điện trở, giá trị của hệ số này đối với một kênh nhất định không đổi trong phép tính gần đúng đầu tiên. Tỷ lệ tổn thất ζ,
do đó, có một tỷ lệ giữa cột nước bị mất và cột nước vận tốc. Tổn thất thủy lực thường được chia thành tổn thất cục bộ và tổn thất ma sát dọc theo chiều dài. M Tổn thất áp suất cục bộ được xác định bằng công thức Weisbach như sau: hoặc trong đơn vị áp suất Ở đâu v- tốc độ cắt ngang trung bình trong đường ống nơi lắp đặt điện trở cục bộ này. Nếu đường kính của ống và do đó tốc độ trong ống thay đổi dọc theo chiều dài thì sẽ thuận tiện hơn khi lấy tốc độ lớn hơn làm tốc độ thiết kế, tức là. cái tương ứng với đường kính ống nhỏ hơn. Mỗi điện trở cục bộ được đặc trưng bởi giá trị hệ số điện trở riêng ζ
, trong nhiều trường hợp có thể được coi là gần như không đổi đối với một dạng điện trở cục bộ nhất định. Tổn thất ma sát dọc theo chiều dài là sự tổn thất năng lượng xảy ra ở dạng nguyên chất trong các ống thẳng có tiết diện không đổi, tức là với dòng chảy đồng đều và tăng tỷ lệ thuận với chiều dài của đường ống. Tổn thất đang được xem xét là do tổn thất bên trong chất lỏng, và do đó xảy ra không chỉ ở các ống thô mà còn xảy ra ở các ống trơn. Tổn thất do ma sát có thể được biểu thị bằng công thức chung về tổn thất thủy lực, tức là: tuy nhiên, hệ số thuận tiện hơn ζ
kết nối với đường ống dài tương đối tôi/
d.
Chúng ta hãy lấy một đoạn ống tròn có chiều dài bằng đường kính của nó và biểu thị hệ số tổn hao của nó bằng λ
. Sau đó cho toàn bộ ống dài tôi
và đường kính d.
hệ số tổn thất sẽ ở tôi/
d
lần nữa: Khi đó tổn thất áp suất do ma sát được xác định theo công thức Weisbach-Darcy: hoặc trong đơn vị áp suất Hệ số không thứ nguyên λ
gọi điện hệ số tổn thất ma sát dọc theo chiều dài, hoặc Hệ số Darcy. Nó có thể được coi là hệ số tỷ lệ giữa tổn thất áp suất do ma sát và tích của chiều dài tương đối của đường ống và áp suất vận tốc. N Ở đâu
Nếu xem xét những thứ kia. hệ số λ
là giá trị tỷ lệ với tỷ số giữa ứng suất ma sát trên thành ống với áp suất động được xác định bởi tốc độ trung bình. Do dòng thể tích của chất lỏng không nén được không đổi dọc theo đường ống có tiết diện không đổi, tốc độ và động năng riêng cũng không đổi, mặc dù có lực cản thủy lực và tổn thất áp suất. Tổn thất áp suất trong trường hợp này được xác định bởi sự chênh lệch số đọc của hai áp kế. Bài giảng số 10
Chuyển động của chất lỏng được quan sát ở tốc độ thấp, trong đó các dòng chất lỏng riêng lẻ chuyển động song song với nhau và với trục dòng chảy, được gọi là chuyển động của chất lỏng thành lớp. Có thể rút ra một ý tưởng rất rõ ràng về chế độ chuyển động tầng của chất lỏng từ thí nghiệm của Reynolds. Miêu tả cụ thể . Chất lỏng chảy ra khỏi bể qua một đường ống trong suốt và đi qua vòi đến cống. Do đó, chất lỏng chảy ở tốc độ dòng chảy nhỏ và không đổi nhất định. Ở lối vào đường ống có một ống mỏng qua đó môi trường màu đi vào phần trung tâm của dòng chảy. Khi sơn đi vào dòng chất lỏng chuyển động với tốc độ thấp, sơn đỏ sẽ chuyển động đều. Từ thí nghiệm này, chúng ta có thể kết luận rằng chất lỏng chảy theo kiểu phân lớp, không trộn lẫn và hình thành xoáy. Chế độ dòng chất lỏng này thường được gọi là tầng. Chúng ta hãy xem xét các định luật cơ bản của chế độ tầng với chuyển động đều trong các ống tròn, giới hạn trong các trường hợp trục ống nằm ngang. Trong trường hợp này, chúng tôi sẽ xem xét một luồng đã được hình thành, tức là. dòng chảy trong một đoạn, điểm bắt đầu của nó nằm cách phần đầu vào của đường ống ở một khoảng cách tạo ra dạng phân bố vận tốc ổn định cuối cùng trên đoạn dòng chảy. Hãy nhớ rằng chế độ dòng chảy tầng có đặc tính phân lớp (máy bay phản lực) và xảy ra mà không có sự trộn lẫn của các hạt, cần giả định rằng trong dòng chảy tầng sẽ chỉ có vận tốc song song với trục ống, trong khi vận tốc ngang sẽ không có. Người ta có thể tưởng tượng rằng trong trường hợp này, chất lỏng chuyển động dường như được chia thành một số lượng lớn vô hạn các lớp hình trụ mỏng vô hạn, song song với trục của đường ống và di chuyển cái này vào trong cái kia với những tốc độ khác nhau, tăng dần theo hướng từ các bức tường đến trục của đường ống. Trong trường hợp này, vận tốc trong lớp tiếp xúc trực tiếp với thành do hiệu ứng bám dính bằng 0 và đạt giá trị cực đại trong lớp chuyển động dọc theo trục của đường ống. Sơ đồ chuyển động được chấp nhận và các giả định được giới thiệu ở trên giúp thiết lập về mặt lý thuyết định luật phân bố vận tốc trong mặt cắt ngang của dòng chảy ở chế độ phân tầng. Để làm điều này, chúng tôi sẽ làm như sau. Ta ký hiệu bán kính trong của ống bằng r và chọn gốc tọa độ tại tâm tiết diện O của nó, hướng trục x dọc theo trục của ống và trục z hướng thẳng đứng. Bây giờ, hãy chọn một thể tích chất lỏng bên trong ống có dạng hình trụ có bán kính y và chiều dài L nhất định và áp dụng phương trình Bernoulli cho nó. Vì do trục nằm ngang của ống z1=z2=0 nên trong đó R là bán kính thủy lực của tiết diện thể tích hình trụ đã chọn = y/2 τ – lực ma sát đơn vị = - μ * dυ/dy Thay các giá trị của R và τ vào phương trình ban đầu ta được Bằng cách chỉ định các giá trị khác nhau của tọa độ y, bạn có thể tính vận tốc tại bất kỳ điểm nào trong mặt cắt. Tốc độ tối đa rõ ràng sẽ là y=0, tức là trên trục của đường ống. Để biểu diễn phương trình này bằng đồ thị, cần vẽ vận tốc theo một thang nhất định từ một đường thẳng AA tùy ý nào đó dưới dạng các đoạn hướng dọc theo dòng chất lỏng và nối các đầu của các đoạn bằng một đường cong trơn. Đường cong thu được sẽ biểu diễn đường cong phân bố vận tốc trên mặt cắt ngang của dòng chảy. Biểu đồ thay đổi lực ma sát τ trên một mặt cắt trông hoàn toàn khác. Do đó, ở chế độ nhiều lớp trong ống hình trụ, vận tốc trong mặt cắt ngang của dòng chảy thay đổi theo định luật parabol và ứng suất tiếp tuyến thay đổi theo định luật tuyến tính. Kết quả thu được có giá trị đối với các đoạn ống có dòng chảy tầng phát triển đầy đủ. Trên thực tế, chất lỏng đi vào đường ống phải đi qua một phần nhất định từ phần đầu vào trước khi định luật phân bố vận tốc parabol tương ứng với chế độ tầng được thiết lập trong đường ống. Sự phát triển của chế độ tầng trong đường ống có thể được hình dung như sau. Ví dụ, để chất lỏng đi vào đường ống từ một bể chứa lớn, các cạnh của lỗ đầu vào được làm tròn tốt. Trong trường hợp này, vận tốc tại tất cả các điểm của mặt cắt ngang cửa vào sẽ gần như giống nhau, ngoại trừ lớp tường rất mỏng, được gọi là lớp tường (lớp gần tường), trong đó, do sự bám dính của chất lỏng. vào các bức tường, tốc độ gần như đột ngột giảm xuống 0. Vì vậy, đường cong vận tốc ở đoạn cửa vào có thể được biểu diễn khá chính xác dưới dạng một đoạn thẳng. Khi chúng ta di chuyển ra khỏi lối vào, do ma sát ở các bức tường, các lớp chất lỏng liền kề với lớp ranh giới bắt đầu chậm lại, độ dày của lớp này tăng dần và ngược lại, chuyển động trong đó chậm lại. Phần trung tâm của dòng chảy (lõi của dòng chảy), chưa bị ma sát giữ lại, tiếp tục chuyển động như một khối thống nhất, với tốc độ xấp xỉ như nhau đối với tất cả các lớp, và sự chuyển động chậm lại ở lớp gần tường chắc chắn sẽ gây ra hiện tượng chuyển động chậm lại. tăng tốc độ trong lõi. Như vậy, ở giữa ống, trong lõi, tốc độ dòng chảy luôn tăng lên, còn ở gần các bức tường, trong lớp ranh giới đang phát triển, tốc độ dòng chảy giảm dần. Điều này xảy ra cho đến khi lớp biên bao phủ toàn bộ mặt cắt dòng chảy và lõi giảm về 0. Tại thời điểm này, quá trình hình thành dòng chảy kết thúc và đường cong vận tốc có dạng parabol thông thường đối với chế độ phân tầng. Trong những điều kiện nhất định, dòng chất lỏng tầng có thể trở nên hỗn loạn. Khi tốc độ của dòng chảy tăng lên, cấu trúc phân lớp của dòng chảy bắt đầu sụp đổ, xuất hiện sóng và xoáy, sự lan truyền của chúng trong dòng chảy cho thấy sự xáo trộn ngày càng tăng. Dần dần, số lượng xoáy bắt đầu tăng lên và tăng dần cho đến khi dòng suối vỡ thành nhiều dòng nhỏ hơn trộn lẫn với nhau. Chuyển động hỗn loạn của những dòng chảy nhỏ như vậy gợi ý sự bắt đầu của quá trình chuyển đổi từ dòng chảy tầng sang dòng chảy rối. Khi tốc độ tăng lên, dòng chảy tầng mất đi sự ổn định và bất kỳ nhiễu loạn nhỏ ngẫu nhiên nào trước đây chỉ gây ra những biến động nhỏ đều bắt đầu phát triển nhanh chóng.
Trong cuộc sống hàng ngày, sự chuyển đổi từ chế độ dòng chảy này sang chế độ dòng chảy khác có thể được theo dõi bằng ví dụ về một luồng khói. Lúc đầu, các hạt chuyển động gần như song song theo những quỹ đạo bất biến theo thời gian. Khói gần như bất động. Theo thời gian, những cơn lốc lớn đột nhiên xuất hiện ở một số nơi và di chuyển theo quỹ đạo hỗn loạn. Những xoáy này vỡ ra thành những xoáy nhỏ hơn, những xoáy này lại thành những xoáy nhỏ hơn nữa, v.v. Cuối cùng, khói gần như hòa trộn với không khí xung quanh. Tầng là luồng không khí trong đó các luồng không khí di chuyển theo một hướng và song song với nhau. Khi tốc độ tăng đến một giá trị nhất định, các luồng không khí, ngoài tốc độ tịnh tiến, còn có tốc độ thay đổi nhanh chóng vuông góc với hướng chuyển động tịnh tiến. Một dòng chảy được hình thành gọi là hỗn loạn, tức là không có trật tự. Lớp ranh giới Lớp biên là lớp trong đó tốc độ không khí thay đổi từ 0 đến giá trị gần với tốc độ dòng không khí cục bộ. Khi một luồng không khí chảy xung quanh cơ thể (Hình 5), các hạt không khí không trượt trên bề mặt cơ thể mà bị chậm lại và tốc độ không khí trên bề mặt cơ thể trở thành bằng không. Khi di chuyển ra khỏi bề mặt cơ thể, tốc độ không khí tăng từ 0 đến tốc độ của luồng không khí. Độ dày của lớp ranh giới được đo bằng milimet và phụ thuộc vào độ nhớt và áp suất của không khí, hình dạng của cơ thể, trạng thái bề mặt và vị trí của cơ thể trong luồng không khí. Độ dày của lớp ranh giới tăng dần từ đầu đến cuối. Trong lớp ranh giới, bản chất chuyển động của các hạt không khí khác với bản chất chuyển động bên ngoài nó. Chúng ta hãy xem xét một hạt không khí A (Hình 6), nằm giữa các luồng không khí có vận tốc U1 và U2, do sự khác biệt về vận tốc này tác dụng lên các điểm đối diện của hạt, nó quay và hạt này càng gần bề mặt của vật thể thì nó càng quay nhiều (nơi có tốc độ chênh lệch cao nhất). Khi di chuyển ra khỏi bề mặt cơ thể, chuyển động quay của hạt chậm lại và bằng 0 do tốc độ dòng không khí và tốc độ không khí của lớp biên bằng nhau. Phía sau cơ thể, lớp ranh giới biến thành một dòng tia đồng thời, nó mờ dần và biến mất khi nó di chuyển ra khỏi cơ thể. Hỗn loạn sau đó rơi vào đuôi máy bay làm giảm hiệu suất và gây rung lắc (hiện tượng đệm). Lớp ranh giới được chia thành lớp và hỗn loạn (Hình 7). Trong dòng chảy tầng ổn định của lớp biên, chỉ xuất hiện lực ma sát bên trong do độ nhớt của không khí nên sức cản của không khí trong lớp biên thấp. Cơm. 5 Cơm. 6 Luồng không khí xung quanh vật thể - sự giảm tốc của dòng chảy trong lớp biên
Cơm. 7 Trong lớp ranh giới hỗn loạn, có sự chuyển động liên tục của các luồng không khí theo mọi hướng, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để duy trì chuyển động xoáy ngẫu nhiên và do đó tạo ra lực cản lớn hơn đối với luồng không khí tới vật thể chuyển động. Để xác định tính chất của lớp biên, hệ số Cf được sử dụng. Một phần thân của một cấu hình nhất định có hệ số riêng. Vì vậy, ví dụ, đối với một tấm phẳng, hệ số điện trở của lớp ranh giới tầng bằng: cho một lớp hỗn loạn Trong đó Re là số Reynolds, biểu thị tỉ số giữa lực quán tính và lực ma sát và xác định tỉ số giữa hai thành phần - sức cản biên dạng (sức cản hình) và sức cản ma sát. Số Reynolds Re được xác định theo công thức: trong đó V là tốc độ dòng không khí, I - bản chất của kích thước cơ thể, hệ số động học độ nhớt của lực ma sát không khí. Khi một luồng không khí chảy xung quanh vật thể, tại một điểm nhất định, lớp ranh giới chuyển từ tầng sang hỗn loạn. Điểm này được gọi là điểm chuyển tiếp. Vị trí của nó trên bề mặt của thân xe phụ thuộc vào độ nhớt và áp suất của không khí, tốc độ của luồng không khí, hình dạng của thân và vị trí của nó trong luồng không khí, cũng như độ nhám bề mặt. Khi tạo biên dạng cánh, các nhà thiết kế cố gắng đặt điểm này càng xa mép trước của biên dạng càng tốt, do đó giảm lực cản ma sát. Với mục đích này, các cấu hình nhiều lớp đặc biệt được sử dụng để tăng độ mịn của bề mặt cánh và một số biện pháp khác. Khi tốc độ của luồng không khí tăng lên hoặc góc vị trí của cơ thể so với luồng không khí tăng đến một giá trị nhất định, tại một thời điểm nhất định, lớp ranh giới sẽ tách ra khỏi bề mặt và áp suất đằng sau điểm này giảm mạnh. Do thực tế là ở mép sau của vật thể áp suất lớn hơn phía sau điểm phân tách, luồng không khí ngược xảy ra từ vùng có áp suất cao hơn đến vùng có áp suất thấp hơn đến điểm phân tách, kéo theo sự phân tách. của luồng không khí từ bề mặt cơ thể (Hình 8). Lớp ranh giới tầng dễ bong ra khỏi bề mặt vật thể hơn lớp ranh giới hỗn loạn. Phương trình liên tục của luồng không khí Phương trình liên tục của một luồng không khí (không đổi luồng không khí) là một phương trình khí động học tuân theo các định luật vật lý cơ bản - bảo toàn khối lượng và quán tính - và thiết lập mối quan hệ giữa mật độ, tốc độ và diện tích mặt cắt ngang của một luồng không khí. Cơm. số 8 Cơm. 9 Khi xem xét, điều kiện được chấp nhận là không khí đang nghiên cứu không có tính chất nén được (Hình 9). Trong một luồng có tiết diện thay đổi, thể tích không khí thứ hai chảy qua phần I trong một khoảng thời gian nhất định; thể tích này bằng tích của tốc độ dòng không khí và tiết diện F. Tốc độ dòng không khí khối thứ hai m bằng tích của tốc độ dòng không khí thứ hai và mật độ p của luồng không khí của luồng. Theo định luật bảo toàn năng lượng, khối lượng của luồng không khí m1 chảy qua phần I (F1) bằng khối lượng m2 của luồng không khí đã cho chảy qua phần II (F2), với điều kiện là luồng không khí ổn định: m1=m2=const, (1.7) m1F1V1=m2F2V2=const. (1.8) Biểu thức này được gọi là phương trình liên tục của một luồng không khí của một luồng. F1V1=F2V2= hằng số. (1.9) Vì vậy, từ công thức, rõ ràng là cùng một thể tích không khí đi qua các phần khác nhau của dòng trong một đơn vị thời gian nhất định (giây), nhưng ở tốc độ khác nhau. Chúng ta viết phương trình (1.9) dưới dạng sau: Công thức cho thấy tốc độ dòng không khí của tia tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của tia và ngược lại. Do đó, phương trình liên tục của luồng không khí thiết lập mối quan hệ giữa tiết diện của luồng không khí và tốc độ, với điều kiện là luồng không khí của luồng không khí ổn định. Áp suất tĩnh và vận tốc đầu Phương trình Bernoulli khí động học máy bay Một chiếc máy bay nằm trong luồng không khí đứng yên hoặc chuyển động so với nó chịu áp suất từ luồng không khí chuyển động, trong trường hợp đầu tiên (khi luồng không khí đứng yên) đó là áp suất tĩnh và trong trường hợp thứ hai (khi luồng không khí chuyển động) nó là áp suất tĩnh. áp suất động, nó thường được gọi là áp suất tốc độ cao. Áp suất tĩnh trong dòng tương tự như áp suất của chất lỏng ở trạng thái nghỉ (nước, khí). Ví dụ: nước trong một đường ống, nó có thể đứng yên hoặc chuyển động, trong cả hai trường hợp, thành ống đều chịu áp lực của nước. Trong trường hợp nước chuyển động, áp suất sẽ giảm đi một chút vì áp suất tốc độ cao đã xuất hiện. Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng của một dòng không khí trong các phần khác nhau của một dòng không khí là tổng động năng của dòng khí, thế năng của các lực áp suất, nội năng của dòng khí và năng lượng của vị trí cơ thể. Số tiền này là một giá trị không đổi: Ekin+Er+Evn+En=sopst (1.10) Động năng (Ekin) là khả năng một luồng không khí chuyển động thực hiện công. Nó bằng nhau m là khối lượng không khí, kgf s2m; Tốc độ dòng khí V, m/s. Nếu thay mật độ khối không khí p thay vì khối lượng m, chúng ta thu được công thức xác định áp suất vận tốc q (tính bằng kgf/m2) Thế năng Ep là khả năng một luồng không khí thực hiện công dưới tác dụng của lực áp suất tĩnh. Nó bằng (tính bằng kgf-m) trong đó P là áp suất không khí, kgf/m2; F là diện tích mặt cắt ngang của luồng không khí, m2; S là quãng đường mà 1 kg không khí đi qua một phần cho trước, m; tích SF gọi là thể tích riêng và ký hiệu là v. Thay giá trị thể tích riêng của không khí vào công thức (1.13), ta thu được Nội năng Evn là khả năng của chất khí thực hiện công khi nhiệt độ thay đổi: trong đó Cv là nhiệt dung của không khí ở một thể tích không đổi, cal/kg-deg; Nhiệt độ T trên thang Kelvin, K; A là nhiệt lượng tương đương của công cơ học (cal-kg-m). Từ phương trình, rõ ràng năng lượng bên trong của luồng không khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó. Năng lượng vị trí En là khả năng của không khí thực hiện công khi vị trí trọng tâm của một khối không khí nhất định thay đổi khi bay lên một độ cao nhất định và bằng trong đó h là sự thay đổi độ cao, m. Do các giá trị nhỏ của sự phân tách trọng tâm của khối không khí dọc theo chiều cao của luồng không khí, năng lượng này bị bỏ qua trong khí động học. Xem xét tất cả các loại năng lượng liên quan đến các điều kiện nhất định, chúng ta có thể xây dựng định luật Bernoulli, định luật này thiết lập mối liên hệ giữa áp suất tĩnh trong luồng không khí và áp suất tốc độ. Hãy xem xét một đường ống (Hình 10) có đường kính thay đổi (1, 2, 3) trong đó luồng không khí di chuyển. Đồng hồ đo áp suất được sử dụng để đo áp suất trong các phần đang được xem xét. Phân tích số đọc của đồng hồ đo áp suất, chúng ta có thể kết luận rằng áp suất động thấp nhất được thể hiện bằng đồng hồ đo áp suất có tiết diện 3-3. Điều này có nghĩa là khi đường ống thu hẹp lại, tốc độ dòng khí tăng lên và áp suất giảm xuống. Cơm. 10 Lý do giảm áp suất là do luồng không khí không tạo ra bất kỳ công nào (không tính đến ma sát) và do đó tổng năng lượng của luồng không khí không đổi. Nếu chúng ta coi nhiệt độ, mật độ và thể tích của luồng không khí ở các phần khác nhau là không đổi (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), thì nội năng có thể bị bỏ qua. Điều này có nghĩa là trong trường hợp này động năng của luồng không khí có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại. Khi tốc độ của luồng không khí tăng lên thì áp suất tốc độ và theo đó, động năng của luồng không khí này cũng tăng lên. Chúng ta thay các giá trị từ các công thức (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) thành công thức (1.10), lưu ý rằng chúng ta bỏ qua nội năng và năng lượng vị trí, biến đổi phương trình ( 1.10), chúng tôi thu được Phương trình này cho bất kỳ mặt cắt ngang nào của luồng không khí được viết như sau: Loại phương trình này là phương trình Bernoulli toán học đơn giản nhất và cho thấy tổng áp suất tĩnh và động đối với bất kỳ phần nào của luồng không khí ổn định là một giá trị không đổi. Khả năng nén không được tính đến trong trường hợp này. Khi tính đến khả năng nén, các hiệu chỉnh thích hợp sẽ được thực hiện. Để minh họa định luật Bernoulli, bạn có thể tiến hành một thí nghiệm. Lấy hai tờ giấy, giữ chúng song song với nhau ở một khoảng cách ngắn và thổi vào khoảng trống giữa chúng. Cơm. mười một Các tờ giấy đang tiến gần hơn. Lý do cho sự hội tụ của chúng là ở bên ngoài các tấm có áp suất khí quyển, và trong khoảng thời gian giữa chúng, do có áp suất không khí tốc độ cao, áp suất giảm và trở nên nhỏ hơn khí quyển. Dưới tác dụng của chênh lệch áp suất, các tờ giấy bị uốn cong vào trong. Đường hầm gió Một thiết lập thử nghiệm để nghiên cứu các hiện tượng và quá trình đi kèm với dòng khí xung quanh các vật thể được gọi là đường hầm gió. Nguyên lý hoạt động của các đường hầm gió dựa trên nguyên lý tương đối của Galileo: thay vì chuyển động của một vật thể trong môi trường đứng yên, người ta nghiên cứu dòng khí xung quanh một vật thể đứng yên. Máy bay được xác định bằng thực nghiệm, sự phân bố áp suất và nhiệt độ trên bề mặt của nó được nghiên cứu, mô hình dòng chảy xung quanh cơ thể được quan sát và tính đàn hồi của khí quyển được nghiên cứu, v.v. Các đường hầm gió, tùy thuộc vào phạm vi số Mach M, được chia thành cận âm (M = 0,15-0,7), siêu âm (M = 0,7-1 3), siêu âm (M = 1,3-5) và siêu âm (M = 5-25). ), theo nguyên lý hoạt động - vào máy nén (hoạt động liên tục), trong đó luồng không khí được tạo ra bởi một máy nén đặc biệt và các quả bóng có áp suất tăng lên, theo sơ đồ mạch - thành đóng và mở. Ống máy nén có hiệu suất cao, sử dụng thuận tiện nhưng đòi hỏi phải tạo ra các máy nén độc đáo với tốc độ dòng khí cao và công suất cao. Đường hầm gió bằng khinh khí cầu kém kinh tế hơn đường hầm gió máy nén vì một phần năng lượng bị mất khi tiết lưu khí. Ngoài ra, thời gian hoạt động của các hầm gió khinh khí cầu bị giới hạn bởi lượng khí dự trữ trong bình và dao động từ hàng chục giây đến vài phút đối với các hầm gió khác nhau. Việc sử dụng rộng rãi các đường hầm gió khí cầu là do chúng có thiết kế đơn giản hơn và công suất máy nén cần thiết để lấp đầy khí cầu tương đối nhỏ. Các đường hầm gió khép kín sử dụng một phần đáng kể động năng còn lại trong dòng khí sau khi nó đi qua khu vực làm việc, làm tăng hiệu suất của ống. Tuy nhiên, trong trường hợp này, cần phải tăng kích thước tổng thể của quá trình cài đặt. Trong các đường hầm gió cận âm, các đặc tính khí động học của máy bay trực thăng cận âm được nghiên cứu, cũng như các đặc tính của máy bay siêu âm ở chế độ cất cánh và hạ cánh. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để nghiên cứu dòng chảy xung quanh ô tô và các phương tiện mặt đất khác, các tòa nhà, tượng đài, cầu và các vật thể khác. Cơm. 12 1 - tổ ong 2 - lưới 3 - buồng trước 4 - bộ trộn 5 - hướng dòng chảy 6 - bộ phận làm việc với model 7 - bộ khuếch tán, 8 - khuỷu tay có lưỡi quay, 9 - máy nén 10 - bộ làm mát không khí Cơm. 13 1 - tổ ong 2 - lưới 3 - buồng trước 4 bộ trộn 5 bộ phận làm việc đục lỗ với model 6 đầu phun 7 bộ khuếch tán 8 khuỷu tay có cánh dẫn hướng 9 ống xả khí 10 - cấp khí từ xi lanh Cơm. 14 1 - xi lanh khí nén 2 - đường ống 3 - van điều chỉnh 4 - lưới cân bằng 5 - tổ ong 6 - lưới khử nhiễu 7 - buồng trước 8 - bộ gây nhiễu 9 - vòi phun siêu âm 10 - bộ phận làm việc với mô hình 11 - bộ khuếch tán siêu âm 12 - bộ khuếch tán cận âm 13 - khí quyển giải phóng Cơm. 15 1 - xi lanh áp suất cao 2 - đường ống 3 - van tiết lưu điều khiển 4 - bộ gia nhiệt 5 - buồng trước có tổ ong và lưới 6 - vòi phun đối xứng trục siêu âm 7 - bộ phận làm việc với mô hình 8 - bộ khuếch tán đối xứng trục siêu âm 9 - bộ làm mát không khí 10 - hướng dòng chảy 11 - cấp không khí vào máy phun 12 - máy phun 13 - cửa chớp 14 - bình chân không 15 - bộ khuếch tán cận âm DÒNG LỚP(từ tiếng Latin lamina - tấm) - chế độ dòng chảy có trật tự của chất lỏng (hoặc khí) nhớt, được đặc trưng bởi sự vắng mặt của sự trộn lẫn giữa các lớp chất lỏng liền kề. Các điều kiện trong đó L.t. ổn định, tức là không bị nhiễu loạn ngẫu nhiên, có thể xảy ra phụ thuộc vào giá trị của không thứ nguyên Số Reynolds Re. Đối với mỗi loại luồng có một số như vậy R e Kr, được gọi là mức độ quan trọng thấp hơn Số Reynolds, với bất kỳ Nốt Rê Ý tưởng về các đặc điểm của chuyển động tuyến tính được đưa ra qua trường hợp chuyển động được nghiên cứu kỹ lưỡng trong một hình trụ tròn. đường ống Đối với hiện tại này R e Kr 2200, trong đó Lại=
(
- vận tốc chất lỏng trung bình, d- đường kính ống,
- động học hệ số độ nhớt, - động hệ số độ nhớt, - mật độ chất lỏng). Do đó, dòng laser ổn định trên thực tế có thể xảy ra với dòng chảy tương đối chậm của chất lỏng đủ nhớt hoặc trong các ống (mao mạch) rất mỏng. Ví dụ, đối với nước (= 10 -6 m 2 / s ở 20 ° C), L. t. s = 1 m / s ổn định chỉ có thể thực hiện được trong các ống có đường kính không quá 2,2 mm. Với LP trong một ống dài vô hạn, tốc độ ở bất kỳ đoạn ống nào cũng thay đổi theo định luật -(1 - - r 2 /MỘT 2), ở đâu MỘT- bán kính ống, r- khoảng cách từ trục, - tốc độ dòng chảy dọc trục (tối đa); parabol tương ứng. hồ sơ vận tốc được thể hiện trong hình. MỘT. Ứng suất ma sát thay đổi dọc theo bán kính theo quy luật tuyến tính trong đó = là ứng suất ma sát lên thành ống. Để khắc phục lực ma sát nhớt trong một đường ống chuyển động đều thì phải có sự giảm áp suất theo chiều dọc, thường được biểu thị bằng đẳng thức P 1 -P 2 Phân bố vận tốc trên mặt cắt ống: MỘT- với dòng chảy tầng; b- trong dòng chảy hỗn loạn. Khi dòng chảy rối, cấu trúc dòng chảy và đặc tính vận tốc thay đổi đáng kể (Hình 2). 6
) và định luật kháng cự, tức là sự phụ thuộc vào Nốt Rê(cm. Sức cản thủy động). Ngoài đường ống, sự bôi trơn xảy ra ở lớp bôi trơn trong ổ trục, gần bề mặt của các vật thể chảy xung quanh chất lỏng có độ nhớt thấp (xem Hình 2). Lớp ranh giới), khi một chất lỏng rất nhớt chảy chậm xung quanh các vật thể nhỏ (đặc biệt, xem, công thức Stokes). Lý thuyết về lý thuyết laser cũng được sử dụng trong phép đo độ nhớt, trong nghiên cứu sự truyền nhiệt trong chất lỏng nhớt chuyển động, trong nghiên cứu chuyển động của giọt và bong bóng trong môi trường chất lỏng, trong việc xem xét dòng chảy trong màng mỏng chất lỏng, và trong việc giải một số bài toán khác trong vật lý và khoa học vật lý. hoá học. Lít.: Landau L.D., Lifshits E.M., Cơ chế truyền thông liên tục, tái bản lần thứ 2, M., 1954; Loytsyansky L.G., Cơ học chất lỏng và khí, tái bản lần thứ 6, M., 1987; Targ S.M., Các vấn đề cơ bản của lý thuyết dòng chảy tầng, M.-L., 1951; Slezkin N.A., Động lực học của chất lỏng nhớt không nén được, M., 1955, ch. 4 - 11. S. M. Targ.Khái niệm nhiễu loạn tốc độ
Tính toán và sự thật
Sự ổn định của dòng chảy tầng trong đường ống
Dòng chảy của chất lỏng nén được và không nén được
Phần kết luận
,
,
- Mất đầu dọc theo chiều dài.
, I E. trên trục ống 
,
.Chế độ chuyển động hỗn loạn của chất lỏng
.
o Dòng chảy rối Prandtl gồm 2 vùng: lớp con nhiều lớp Và lõi hỗn loạn dòng chảy, giữa đó có một khu vực khác - lớp chuyển tiếp. Sự kết hợp giữa lớp con tầng và lớp chuyển tiếp trong thủy động lực học thường được gọi là lớp ranh giới.
.
bề mặt thành ống, kênh, khay có độ nhám này hay độ nhám khác. Chúng ta hãy biểu thị chiều cao của phần nhô ra bằng chữ Δ. Đại lượng Δ được gọi là độ nhám tuyệt đối, và tỷ lệ của nó với đường kính ống (Δ/d) - độ nhám tương đối; giá trị nghịch đảo của độ nhám tương đối được gọi là độ mịn tương đối(d/Δ).
,
.
tổn thất tự nhiên năng lượng được gây ra bởi cái gọi là lực cản thủy lực cục bộ, tức là những thay đổi cục bộ về hình dạng và kích thước của kênh, gây ra biến dạng dòng chảy. Khi chất lỏng chảy qua lực cản cục bộ, tốc độ của nó thay đổi và thường xuất hiện các xoáy lớn. Cái sau được hình thành phía sau nơi dòng chảy tách ra khỏi các bức tường và đại diện cho các khu vực trong đó các hạt chất lỏng di chuyển chủ yếu dọc theo các đường cong khép kín hoặc các quỹ đạo gần chúng.
,
,
,
.
,
.
Rất khó để tìm ra ý nghĩa vật lý của hệ số λ
, nếu xét điều kiện chuyển động đều trong một ống có thể tích hình trụ có chiều dài tôi và đường kính d, I E. sự bằng 0 của tổng lực tác dụng lên thể tích: lực áp suất và lực ma sát. đẳng thức này có dạng
,
- ứng suất ma sát lên thành ống.
, bạn có thể làm được
,Chế độ chuyển động tầng trong thí nghiệm
Công thức dòng chảy tầng
Phát triển chế độ tầng trong đường ống
Chuyển từ dòng chảy tầng sang dòng chảy hỗn loạn
Video về dòng chảy tầng
Ở đâu trang 1 Và trang 2- áp lực trong kn. hai mặt cắt nằm ở khoảng cách tôi với nhau - hệ số. sức đề kháng, tùy thuộc vào L. t. Tốc độ dòng thứ hai của chất lỏng trong đường ống ở L.t. được xác định bởi định luật Poiseuille. Trong các ống có chiều dài hữu hạn, L. t. được mô tả không được thiết lập ngay lập tức và ở đầu ống có cái gọi là. phần lối vào, nơi đường cong vận tốc dần dần chuyển thành parabol. Độ dài gần đúng của phần đầu vào 