ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ. Ламинарный поток воды


Ламинарный поток

Отвлечемся немного от предыдущих записей, да, я помню что обещал рассказать подробно про очистку фильтров, однако, текст мне видится длинным, потому предлагаю сегодня обсудить ламинарные потоки, тем более что это довольно красивая тема, ну а в следующих уж точно будут фильтры.

Когда жидкость или газ течет равномерно и без турбулентности, это называется “ламинарный поток”. Наиболее наглядным примером ламинарного потока для большинства из нас будут дугообразные потоки воды в фонтане, когда массой кристально чистой воды выстреливают, как пулей, и она изящно летит рассекая воздух из одной точки в другую.

фонтан

Домен самарского производителя фонтанов здесь возможен

Когда я впервые увидел этот эффект в рекламном ролике парка Disney World много лет назад, я был уверен, что они добавили что-то к воде (может, глицерин?). Теперь я знаю, что все это делается путем создания ламинарного потока. Наиболее удивителен даже не сам полет воды в воздухе, а то, что нет никаких брызг, когда вода приземляется на другом конце. В промышленном клининге, отсутствие всплесков и летящих во все стороны брызг, может стать значительным доводом в пользу применения ламинарного потока. Давайте копать немного глубже.

Кстати, просто для удовольствия, попробуйте выполнить описанное выше при помощи садового шланга.Ламинарный поток в трубе или патрубке означает, что вся жидкость однородной массы и все ее частицы движутся с одинаковой скоростью в одном направлении.

ламинарный против турбулентного потоки

Верхний рисунок показывает ламинарный поток через трубку или трубки. Обратите внимание, что поток прямой и равномерный, как в трубке, так и после выхода. А на нижнем рисунке образубтся турбулентные течения в результате неравномерного стока и шероховатой поверхности.

Ламинарный поток возможен не только в трубах или после них, но и практически в любом ограниченном пространстве, таком как – цисцерны, трубопроводы, печи, и т.п. Ламинарный поток является важным дополнением в нескольких направлениях промышленного клининга. Например, он очень важен там, где необходим эффективный обмен воды и важно свести к минимуму ее потребление. В клининге, ламинарный поток может уносить загрязнения с места очистки, туда где они могут быть эффективно собраны путем фильтрации и утилизированы в другом, еще более удобном месте. В случае очистки помещений, ламинарный поток воздуха позволяет продуть всю комнату, избавив ее от возможных примесей и газов. Давление и скорость — главные враги ламинарного потока в жидкостях и газах. Даже незначительные дефекты поверхностей, содержащих поток, могут привести к турбулентности в случае давления и высокой скорости в трубе. Поэтому очень важны гладкие стенки патрубков. Трубопроводы и трубки должны быть как можно более линейными. Насадки и вентиляторы перед местом где нужен ламинарный поток, абсолютно противопоказаны. При Линеаризации потока, как правило, требуется устройство для его выпрямления. В случае газа, ламинарный поток может быть получен путем пропускания газа через серию параллельных трубочек. Важно при генерировании ламинарного потока убедиться, что он правильно получен. Любое препятствие для потока создаст турбулентность.

В случае жидкостей существует ряд схем для получения ламинарного потока. В клининге, ламинарный поток обычно требуется в резервуаре. Использование только сопел (независимо от того, сколько их) не позволит выполнить эту работу. Успешное создание ламинарного потока может быть достигнуто с помощью пористого металла, или пластинки из металла или пластика внутри потока. В любом случае, вся боковая стенка должна составлять источник, а не только небольшое окно. Объем жидкости удаленнной из резервуара, должен совпадать с объемом жидкости введенной в резервуар, так можно избежать появления турбулентности.

При проектировании моечных машин, ламинарный поток это не то что следует оставлять без внимания или к чему следует подходить без хорошего понимания принципов механики, участвующей в процессах. Это, немного сложнее, чем кажется, и полностью противоречит здравому смыслу, но, при правильном использовании, может быть очень эффективным инструментом.

bkpromcleaning.ru

ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ - это... Что такое ЛАМИНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ?

(от лат. lamina - пластинка) - упорядоченный режим течения вязкой жидкости (или газа), характеризующийся отсутствием перемешивания между соседними слоями жидкости. Условия, при к-рых может происходить устойчивое, т. е. не нарушающееся от случайных возмущений, Л. т., зависят от значения безразмерного Рейнольдса числа Re. Для каждого вида течения существует такое число R е Кр, наз. нижним критич. числом Рейнольдса, что при любом Re<Re кp Л. т. является устойчивым и практически осуществляется; значение R е кр обычно определяется экспериментально. При R е>R е кр, принимая особые меры для предотвращения случайных возмущений, можно тоже получить Л. т., но оно не будет устойчивым и, когда возникнут возмущения, перейдёт в неупорядоченное турбулентное течение. Теоретически Л. т. изучаются с помощью Навье - Стокса уравнений движения вязкой жидкости. Точные решения этих ур-ний удаётся получить лишь в немногих частных случаях, и обычно при решении конкретных задач используют те или иные приближённые методы.

Представление об особенностях Л. т. даёт хорошо изученный случай движения в круглой цилиндрич. трубе. Для этого течения R е Кр2546-45.jpg 2200, где Re=2546-46.jpg (2546-47.jpg - средняя по расходу скорость жидкости, d - диаметр трубы, 2546-48.jpg - кинематич. коэф. вязкости, 2546-49.jpg - динамич. коэф. вязкости, 2546-50.jpg - плотность жидкости). Т. о., практически устойчивое Л. т. может иметь место или при сравнительно медленном течении достаточно вязкой жидкости или в очень тонких (капиллярных) трубках. Напр., для воды (2546-51.jpg=10-6 м 2/с при 20° С) устойчивое Л. т. с 2546-52.jpg=1 м/с возможно лишь в трубках диаметром не более 2,2 мм.

При Л. т. в неограниченно длинной трубе скорость в любом сечении трубы изменяется по закону 2546-53.jpg-2546-54.jpg(1 - -r2/ а2), где а - радиус трубы, r - расстояние от оси, 2546-55.jpg - осевая (численно максимальная) скорость течения; соответствующий параболич. профиль скоростей показан на рис. а. Напряжение трения изменяется вдоль радиуса по линейному закону 2546-57.jpg где 2546-58.jpg= 2546-59.jpg - напряжение трения на стенке трубы. Для преодоления сил вязкого трения в трубе при равномерном движении должен иметь место продольный перепад давления, выражаемый обычно равенством P1-P22546-60.jpg где p1 и р 2 - давления в к.-н. двух поперечных сечениях, находящихся на расстоянии l друг от друга, 2546-61.jpg - коэф. сопротивления, зависящий от 2546-62.jpg для Л. т. 2546-63.jpg. Секундный расход жидкости в трубе при Л. т. определяет Пуазейля закон. В трубах конечной длины описанное Л. т. устанавливается не сразу и в начале трубы имеется т. н. входной участок, на к-ром профиль скоростей постепенно преобразуется в параболический. Приближённо длина входного участка 2546-64.jpg

2546-56.jpg

Распределение скоростей по сечению трубы: а - при ламинарном течении; б - при турбулентном течении.

Когда при 2546-65.jpg течение становится турбулентным, существенно изменяются структура потока, профиль скоростей (рис., 6 )и закон сопротивления, т. е. зависимость 2546-66.jpg от Re (см. Гидродинамическое сопротивление).

Кроме труб Л. т. имеет место в слое смазки в подшипниках, вблизи поверхности тел, обтекаемых маловязкой жидкостью (см. Пограничный слой), при медленном обтекании тел малых размеров очень вязкой жидкостью (см., в частности, Стокса формула). Теория Л. т. применяется также в вискозиметрии, при изучении теплообмена в движущейся вязкой жидкости, при изучении движения капель и пузырьков в жидкой среде, при рассмотрении течений в тонких плёнках жидкости и при решении ряда др. задач физики и физ. химии.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1954; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 6 изд., М., 1987; Тар г С. М., Основные задачи теории ламинарных течений, М.- Л., 1951; Слезкин Н. А., Динамика вязкой несжимаемой жидкости, М., 1955, гл. 4 - 11. С. М. Тарг.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

dic.academic.ru

Ламинарный Режим движения жидкости

Ламинарным течением жидкости называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давления.

Закон распределения скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном режиме движения, установленный английским физиком Дж. Стоксом, имеет вид

,

где ,

- потери напора по длине.

При , т.е. на оси трубы,

.

При ламинарном движении эпюра скоростей по поперечному сечению трубы будет иметь форму квадратичной параболы.

Турбулентный Режим движения жидкости

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости и пульсациями скоростей и давлений.

В результате наличия вихрей и интенсивного перемешивания частиц жидкости в любой точке турбулентного потока в данный момент времени имеет место своя по значению и направлению мгновенная местная скорость u, а траектория частиц, проходящих через эту точку, имеет различный вид (занимают разное положение в пространстве и имеют различную форму). Такое колебание во времени мгновенной местной скорости называется пульсацией скорости. То же происходит и с давлением. Таким образом, турбулентное движение является неустановившимся.

Усредненная местная скорость ū – фиктивной средней скорости в данной точке потока на достаточно длительный промежуток времени, которая несмотря на значительные колебания мгновенных скоростей, остается практически постоянной по значению и параллельной оси потоков

.

По Прандтлю турбулентный поток состоит из двух областей:ламинарного подслоя и турбулентного ядра потока, между которыми существует еще одна область – переходной слой. Совокупность ламинарного подслоя и переходного слоя в гидродинамике называют обычно пограничным слоем.

Ламинарный подслой, расположенный непосредственно у стенок трубы, имеет весьма малую толщину δ, которая может быть определена по формуле

.

В переходном слое ламинарное течение уже нарушается поперечным перемещением частиц, причем чем дальше расположена точка от стенки трубы, тем выше интенсивность перемешивания частиц. Толщина этого слоя также невелика, но четкую его границу установить трудно.

Основную часть живого сечения потока занимает ядро потока, в котором наблюдается интенсивное перемешивание частиц, поэтому именно оно характеризует турбулентное движение потока в целом.

ПОНЯТИЕ О ГИДРАВЛИЧЕСКИ ГЛАДКИХ И ШЕРОХОВАТЫХ ТРУБАХ

Поверхность стенок труб, каналов, лотков имеют ту или иную шероховатость. Обозначим высоту выступов шероховатости буквой Δ. Величину Δ называютабсолютной шероховатостью, а ее отношение к диаметру трубы (Δ/d) - относительной шероховатостью; величина обратная относительной шероховатости, носит название относительной гладкости (d/Δ).

В зависимости от соотношения толщены ламинарного подслоя δ и высоты выступов шероховатости Δ различают гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Если ламинарный подслой полностью покрывает все выступы на стенках трубы, т.е. δ>Δ, трубы считаются гидравлически гладкими. При 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).

Лекция №9

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

При движении потока реальной жидкости происходят потери напора, так как часть удельной энергии потока затрачивается на преодоление различных гидравлических сопротивлений. Количественное определение потерь напора hп является одной из важнейших задач гидродинамики, без решения которой не возможно практическое использование уравнения Бернулли:

,

где α – коэффициент кинетической энергии, равный для турбулентного потока 1,13, а для ламинарного - 2; v -средняя скорость потока; h - уменьшение удельной механической энергии потока на участке между сечениями 1 и 2, проходящее в результате сил внутреннего трения.

Потери удельной энергии (напора), или, как их часто называют, гидравлические потери, зависят от формы, размеров русла, скорости течения и вязкости жидкости, а иногда и от абсолютного давления в ней. Вязкость жидкости, хотя и является первопричиной всех гидравлических потерь, но далеко не всегда оказывает существенное влияние на их величину.

Как показывают опыты, во многих, но не во всех случаях гидравлические потери приблизительно пропорциональны скорости течения жидкости во второй степени, поэтому в гидравлике принят следующий общий способ выражения гидравлических потерь полного напора в линейных единицах:

,

или в единицах давления

.

Такое выражение удобно тем, что включает в себя безразмерный коэффициент пропорциональности ζ называемый коэффициентом потерь, или коэффициентом сопротивления, значение которого для данного русла в первом грубом приближении постоянно.

Коэффициент потерь ζ, таким образом, есть отношение потерянного напора к скоростному напору.

Гидравлические потери обычно разделяют на местные потери и потери на трение по длине.

Местные потериэнергии обусловлены так называемыми местными гидравлическими сопротивлениями, т.е. местными изменениями формы и размера русла, вызывающими деформацию потока. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется ее скорость и обычно возникают крупные вихри. Последние образуются за местом отрыва потока от стенок и представляют собой области, в которых частицы жидкости движутся в основном по замкнутым кривым или близким к ним траекториям.

Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха следующим образом:

,

или в единицах давления

,

где v - средняя по сечению скорость в трубе, в которой установлено данное местное сопротивление.

Если же диаметр трубы и, следовательно, скорость в ней изменяются по длине, то за расчетную скорость удобнее принимать бόльшую из скоростей, т.е. ту, которая соответствует меньшему диаметру трубы.

Каждое местное сопротивление характеризуется своим значением коэффициента сопротивления ζ, которое во многих случаях приближенно можно считать постоянным для данной формы местного сопротивления.

Потери на трение по длине, - это потери энергии, которые в чистом виде возникают в прямых трубах постоянного сечения, т.е. при равномерном течении, и возрастают пропорционально длине трубы. Рассматриваемые потери обусловлены внутренним в жидкости, а потому имеют место не только в шероховатых, но и гладких трубах.

Потери напора на трение можно выразить по общей формуле для гидравлических потерь, т.е.

,

однако удобнее коэффициент ζ связать с относительной длинной трубы l/d.

Возьмем участок круглой трубы длиной, равной ее диаметру, и обозначим его коэффициент потерь через λ. Тогда для всей трубы длинной l и диаметром d. коэффициент потерь будет в l/d раз больше:

.

Тогда потери напора на трение определяются по формуле Вейсбаха-Дарси:

,

или в единицах давления

.

Безразмерный коэффициент λ называют коэффициентом потерь на трение по длине, или коэффициентом Дарси. Его можно рассматривать как коэффициент пропорциональности между потерей напора на трение, и произведением относительной длины трубы на скоростной напор.

Нетрудно выяснить физический смысл коэффициентаλ, если рассмотреть условие равномерного движения в трубе цилиндрического объема длиной l и диаметром d, т.е. равенство нулю суммы сил, действующих на объем: сил давления и сил трения. Это равенство имеет вид

,

где - напряжение трения на стенке трубы.

Если учесть , томожно получить

,

т.е. коэффициент λ есть величина, пропорциональная отношению напряжения трения на стенке трубы к динамическому давлению, определенному по средней скорости.

Ввиду постоянства объемного расхода несжимаемой жидкости вдоль трубы постоянного сечения скорость и удельная кинетическая энергия также остаются постоянными, несмотря на наличие гидравлических сопротивлений и потерь напора. Потери напора в этом случае определяются разностью показаний двух пьезометров.

Лекция №10

studfiles.net

Ламинарный поток - это... Что такое Ламинарный поток?

 Ламинарный поток

Ламина́рное тече́ние (лат. lamina — пластинка, полоска) — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления).

Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное.

Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе  Re_{kp} \simeq 2300 . Схематичное изображение ламинарного (a) и турбулентного (b) течения в плоском слое

До 1917 года в российской науке пользовались термином Струйчатое течение.

Только в ламинарном режиме возможно получение точных решений уравнения движения жидкости (уравнений Навье-Стокса), например течение Пуазейля. В некоторых случаях для получения порогового числа Рейнольдса достаточно провести линейный анализ устойчивости — теоретический анализ устойчивости под воздействием бесконечно малых возмущений. Так, например, получены пороги для течения между параллельными плоскостями и течения Тейлора между вращающимися цилиндрами. Однако в некоторых случаях линейного анализа недостаточно: для течения в круглой трубе он приводит к абсолютной устойчивости, что опровергается экспериментами.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Ламинарный
  • Ламли

Смотреть что такое "Ламинарный поток" в других словарях:

  • Ламинарный поток — Однонаправленный поток воздуха, в котором скорости воздуха вдоль параллельных линий тока одинаковы. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ламинарный поток — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN laminar flow …   Справочник технического переводчика

  • Ламинарный поток воздуха (laminar air flow) — Ламинарный поток воздуха (laminar air flow): поток воздуха, в котором скорости воздуха вдоль параллельных линий тока одинаковы... Источник: АСЕПТИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО МЕДИЦИНСКОЙ ПРОДУКЦИИ. ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ. ГОСТ Р ИСО 13408 1 2000 (утв.… …   Официальная терминология

  • ламинарный поток (режим течения)5 — 3.16 ламинарный поток (режим течения)5: Поток, для которого силы, вызываемые вязкостью, значительно превосходят силы инерции. 5 Ламинарный поток может быть непостоянным, однако он совершенно не подвержен турбулентности. Пример ламинарного потока… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Однонаправленный поток воздуха (ламинарный поток) — контролируемый поток воздуха с постоянной скоростью и параллельными линиями тока по всему поперечному сечению чистой зоны. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • установившийся ламинарный поток — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN streamline flow …   Справочник технического переводчика

  • Ламинарный пограничный слой — пограничный слой, в котором имеет место ламинарное течение. Поведение Л. п. с. описывается уравнениями Л. Прандтля, решение которых для заданных начальных и граничных условий в общем случае можно получить только численно с помощью ЭВМ, и зависит… …   Энциклопедия техники

  • ламинарный ветровой поток — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN hydraulically smooth wind flow …   Справочник технического переводчика

  • ламинарный вязкостный поток среды — (при низких скоростях) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN laminar fluid viscous flow …   Справочник технического переводчика

  • ламинарный бокс — ЛАМИНАР – устройство для обеспечения асептических условий, необходимых для микробиол. работ. Представляет собой, по существу, вытяжной шкаф, но работающий «наоборот», т. е. создающий в камере большего или меньшего объема поток стерильного воздуха …   Словарь микробиологии

dic.academic.ru


Смотрите также