Жидкость, текущая по закрытому каналу, например, по трубе или между двумя плоскими пластинами, представляет собой либо ламинарный поток, либо турбулентный поток, в зависимости от скорости, размера трубы (или числа Рейнольдса) и вязкости жидкости.
Ламинарный поток и турбулентный поток
Ламинарный поток
Ламинарный поток – это движение частиц жидкости по четко определенным траекториям или линиям потока, где все линии потока прямые и параллельные. Следовательно, частицы движутся ламинарно или слоями, плавно скользя над соседним слоем.
Ламинарное течение возникает в трубах малого диаметра, в которых жидкость течет с низкой скоростью и высокой вязкостью. Этот тип потока также называют обтекаемым потоком или вязким потоком.
Ламинарное течение подразделяется на:
Типичными примерами ламинарного потока являются течение масла по тонкой трубке, течение крови по капиллярам и дым, поднимающийся по прямой траектории от палочки благовоний. Однако, поднявшись на небольшую высоту, дым превращается в турбулентный поток, поскольку отклоняется от своего обычного пути.
График зависимости расхода от разности давлений для ламинарного и турбулентного потока
Турбулентный поток
Турбулентный поток определяется как поток, в котором частицы жидкости движутся зигзагообразно. Вследствие зигзагообразного движения частиц жидкости происходит образование вихрей, что приводит к большим потерям энергии.
В турбулентном потоке скорость жидкости в какой-либо точке постоянно изменяется как по величине, так и по направлению. Турбулентный поток, как правило, возникает в трубах большого диаметра, в которых жидкость течет с высокой скоростью.
Основным инструментом, доступным для анализа турбулентного потока, является CFD-анализ. CFD – это отрасль механики жидкости, которая использует алгоритмы и численный анализ для анализа и решения проблем, связанных с турбулентными потоками жидкости.
Широко распространено мнение, что уравнение Навье-Стокса или упрощенные уравнения Навье-Стокса, усредненные по Рейнольдсу, являются основой практически всех CFD-кодов.
Тип потока определяется безразмерным числом, называемым числом Рейнольдса для потока в трубе.
Re = (VD/v)
Где,
D = Диаметр трубы
V = средняя скорость потока в трубе
v = Кинематическая вязкость жидкости
Результат –
Обычными примерами турбулентного потока являются течение крови в артериях, транспортировка нефти по трубопроводам, поток лавы, атмосферные и океанические течения, поток через насосы и турбины, поток в волнах лодок и вокруг законцовок крыльев самолетов.
Разница между ламинарным и турбулентным потоком
Ламинарный поток можно наглядно представить с помощью эксперимента с чернилами в цилиндрической трубке. Чернила вводятся в середину стеклянной трубки, по которой течет вода. Когда скорость воды еще мала, чернила не смешиваются с водой; линии потока параллельны и называются ламинарным потоком.
Резкое изменение произойдет, когда скорость воды увеличится. Тогда поток полностью нарушается, и вода становится однородной, проходя через чернила. Таким образом, линии потока хаотичны, а не линейны, и называются турбулентным потоком.
Как избежать турбулентного потока?
- Старайтесь не допускать ограничений в процессе, таких как клапаны, переходники и коленные муфты.
- Не устанавливайте расходомер непосредственно за ограничителем, например, за клапаном. Однако, если это невозможно устроить иначе, между клапаном и расходомером используется фильтр турбулентности.
- Использование коленного соединения рядом с расходомером должно быть максимально ограничено.
- Ограничьте скорость потока, используя правильную длину трубы.
- Используйте длину трубы 10X диаметра трубы на входе прибора.
- Используйте длину трубы, равную 4X диаметру трубы на выходе прибора (только для расходомеров).
- Используйте длину трубы для расхода газа > 100 л/мин; обычно используется труба диаметром 12 мм или ½”, как минимум.
- Использование фильтра турбулентности в процессе потока отфильтрует поток перед достижением датчика и сделает его ламинарным потоком. В настоящее время широко используются такие расходомеры, как Bronkhorst с низкой дельта P.
Ламинарный расходомер
Часто задаваемые вопросы
Что такое ламинарный и турбулентный поток?
Жидкость, протекающая по замкнутому каналу, такому как труба или между двумя плоскими пластинами, является либо ламинарным, либо турбулентным потоком, в зависимости от скорости, размера трубы (или числа Рейнольдса) и вязкости жидкости.
В чем разница между ламинарным и турбулентным потоком?
Ламинарный поток можно наглядно представить с помощью эксперимента с чернилами в цилиндрической трубке. Чернила вводятся в середину стеклянной трубки, по которой течет вода. Когда скорость воды еще мала, чернила не смешиваются с водой; линии потока параллельны и называются ламинарным потоком.
Резкое изменение произойдет, когда скорость воды увеличится. Тогда поток полностью нарушается, и вода становится однородной, проходя через чернила. Таким образом, линии потока хаотичны, а не линейны, и называются турбулентным потоком.
Каким уравнением определяется число Рейнольдса для потока?
Уравнение для определения числа Рейнольдса для потока имеет вид.
Re = (VD/v)
Где,
D = Диаметр трубы
V = Средняя скорость потока в трубе
v = Кинематическая вязкость жидкости
Формулы Чези и Маннинга для потока в открытом канале
Что такое скорость и ускорение потока жидкости?
Каковы типы течения жидкости в трубе?
Читайте далее:- Какие существуют типы течения жидкости в трубах?.
- Эксперимент Рейнольдса.
- Что такое течение в открытом канале? Типы течения в открытых каналах.
- СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ.
- Вязкость битумных материалов – измерения и факторы.
- Что такое потенциальная функция скорости и функция потока?.
- Кинематика потока в механике жидкости – уравнение разгрузки и неразрывности.