Laminær og turbulent væskestrøm: beskrivelse, funksjoner og interessante fakta. Laminær og turbulent luftstrøm

Væskestrømningsregimet refererer til kinematikken og dynamikken til flytende makropartikler, som sammen bestemmer strukturen og egenskapene til strømmen som helhet.

Bevegelsesmåten bestemmes av forholdet mellom treghetskreftene og friksjonen i strømmen. Dessuten virker disse kreftene alltid på flytende makropartikler når de beveger seg i strømmen. Selv om denne bevegelsen kan være forårsaket av ulike ytre krefter for eksempel tyngdekreftene og trykk. Forholdet mellom disse kreftene reflekterer , som er et kriterium for væskestrømningsregimet.

Ved lave bevegelseshastigheter av væskepartikler i strømmen dominerer friksjonskrefter, og Reynolds-tall er små. Denne bevegelsen kalles laminær.

Ved høye bevegelseshastigheter av væskepartikler i en strømning er Reynolds-tallene høye, deretter dominerer treghetskrefter i strømmen og disse kreftene bestemmer kinematikken og dynamikken til partikler, dette regimet kalles turbulent

Og hvis disse kreftene er av samme orden (målbare), kalles et slikt område - interleave området.

Type modus påvirker i stor grad prosessene som skjer i strømmen, og dermed de beregnede avhengighetene.

Et installasjonsdiagram for å illustrere væskestrømningsregimene er vist i figuren.

Væsken fra tanken strømmer gjennom en gjennomsiktig rørledning gjennom en kran til avløpet. Ved inngangen til røret er det et tynt rør gjennom hvilket fargestoffet kommer inn i den sentrale delen av strømmen.

Hvis du åpner kranen litt, vil væske begynne å strømme gjennom rørledningen med lav hastighet. Når du introduserer et fargestoff i strømmen, vil du kunne se hvordan en strøm av fargestoff i form av en linje flyter fra begynnelsen av røret til slutten. Dette indikerer en lagdelt flyt av væske, uten blanding og virveldannelse, og overvekt av treghetskrefter i strømmen.

Dette strømningsregimet kalles laminær.

Laminær modus er en lagdelt flyt av væske uten å blande partikler, uten pulserende hastigheter og trykk, uten å blande lag og virvler.

Ved laminær strømning er strømlinjene parallelle med røraksen, d.v.s. det er ingen bevegelse på tvers av væskestrømmen.

Turbulent strømningsregime

Når strømningshastigheten gjennom røret i installasjonen under vurdering øker, vil bevegelseshastigheten til væskepartikler øke. Strømmen av fargevæske vil begynne å svinge.

Hvis du åpner kranen mer, vil strømmen gjennom røret øke.

Strømmen av fargevæsken vil begynne å blande seg med hovedstrømmen, mange soner med virveldannelse og blanding vil være merkbare, og treghetskrefter vil råde i strømmen. Dette strømningsregimet kalles turbulent.

Turbulent regime er en strømning ledsaget av intens blanding, forskyvning av lag i forhold til hverandre og pulsasjoner av hastigheter og trykk.

I en turbulent strømning har hastighetsvektorene ikke bare aksiale, men også komponenter normalt på kanalens akse.

Hva avhenger væskestrømningsregimet av?

Strømningsregimet avhenger av bevegelseshastigheten til væskepartikler i rørledninger og rørledningens geometri.

Som nevnt tidligere, lar regimet for væskestrøm i rørledningen oss bedømme Reynolds kriterium, som gjenspeiler forholdet mellom treghetskrefter og viskøse friksjonskrefter.

• På Reidolds tall under 2300 kan vi snakke om laminær bevegelse av partikler (noen kilder indikerer tallet 2000)
• Hvis Reynolds-kriteriet er større enn 4000, er strømningsregimet det turbulent
• Reynolds tall mellom 2300 og 4000 indikerer overgangsregime væskestrøm

Avhengig av ventilasjonsmetoden kalles rommet vanligvis:

a) turbulent ventilert eller rom medikke-enveis luftstrøm;

b) rom med laminær eller ensrettet luftstrøm.

Note. I profesjonelt ordforråd vilkår råder

"turbulent luftstrøm", "laminær luftstrøm".

Kjøremoduser Jeg er luft

Det er to kjøremoduser luft: laminær? og turbulent?. Laminær? Modusen er preget av den ordnede bevegelsen av luftpartikler langs parallelle baner. Blanding i strømmen skjer som et resultat av interpenetrering av molekyler. I et turbulent regime er bevegelsen av luftpartikler kaotisk, blanding er forårsaket av gjensidig penetrering av individuelle luftvolumer og skjer derfor mye mer intenst enn i et laminært regime.

Med stasjonær laminær bevegelse er hastigheten på luftstrømmen i et punkt konstant i størrelse og retning; under turbulent bevegelse varierer størrelsen og retningen i tid.

Turbulens er en konsekvens av eksterne (ført inn i strømmen) eller interne (generert i strømmen) forstyrrelser?. Turbulens ventilasjonsstrømmer er vanligvis av intern opprinnelse. Årsaken er virveldannelse når strømmen flyter rundt uregelmessigheter?vegger og gjenstander.

Kriteriet for stiftelser? turbulent regime er Rhea-tallet?Nolds:

R e = uD / h

Hvor Og - gjennomsnittlig hastighet luftbevegelse inn innendørs;

D - hydraulisk? romdiameter;

D= 4S/P

S - tverrsnittsareal lokaler;

R - omkretsen av tverrgående deler av rommet;

v- kinematisk?luftviskositetskoeffisient.

Rhea-nummer? Nolds, over hvilke den turbulente bevegelsen av distansen?klart, kalles kritisk. Til lokaler det er lik 1000-1500, for glatte rør - 2300. V lokaler luftbevegelsen er vanligvis turbulent; ved filtrering(i rene rom)mulig som laminær?, og turbulent? modus.

Laminære strømningsenheter brukes i rene industrirom og tjener til å distribuere store luftvolumer, og sørger for spesialdesignede tak, gulvhetter og romtrykkregulering. Under disse forholdene er driften av laminære strømningsfordelere garantert å gi den nødvendige ensrettede strømningen parallelle linjer nåværende En høy luftutveksling bidrar til å opprettholde forhold nær isotermiske i tilluftstrømmen. Himlinger designet for luftfordeling med store luftutskiftninger, pga stort område gi lite starthastighet luftstrøm. Driften av eksosenheter plassert på gulvnivå og kontroll av lufttrykket i rommet minimerer størrelsen på resirkulasjonsstrømningssoner, og prinsippet om "en passasje og en utgang" er lett implementert. Suspenderte partikler presses mot gulvet og fjernes, så det er liten risiko for at de resirkuleres.

Definisjon av lovene om motstand og mening

Kritisk Reynolds-nummer ved laminar

Og turbulente væskestrømningsregimer

Formålet med arbeidet og innholdet i arbeidet

Undersøk væskestrømningsregimer i rørledninger, bestem det kritiske Reynolds-tallet og egenskapene til motstand mot væskebevegelse gjennom en rørledning.

2.2 Kort teoretisk informasjon

Typer strømningsregimer

I en reell væskestrøm, som mange eksperimenter viser, er det mulig forskjellige strømninger væsker.

1. Laminær(lagdelt) strømme, der flytende partikler beveger seg i lagene sine uten å blandes. I dette tilfellet har partiklene selv inne i laget rotasjonsbevegelse(Figur 2.1) på grunn av hastighetsgradienten.

Figur 2.1

Når væskestrømhastigheten øker, øker hastigheten Vøker, hastighetsgradienten , tilsvarende. Rotasjonsbevegelsen til partikler øker, mens hastigheten til laget som er fjernere fra veggen øker enda mer (Figur 2.2), og hastigheten til de veggnære lagene avtar enda mer.

Figur 2.2

Følgelig øker det hydromekaniske trykket i de nære vegglagene (i henhold til Bernoulli-ligningen). Under påvirkning av en trykkforskjell blandes den roterende partikkelen inn i tykkelsen på kjernen (figur 2.3), og danner den andre modusen for væskestrøm - turbulent strømning.

Figur 2.3

2. Turbulent flyt væske er ledsaget av intens blanding av væsken og pulsering av hastigheter og trykk (Figur 2.4).

Figur 2.4

Den tyske vitenskapsmannen O. Reynolds beviste i 1883 at overgangen fra laminær strømning væske til turbulent avhenger av væskens viskositet, hastigheten og den karakteristiske størrelsen (diameteren) på røret.

Kritisk hastighet, hvor laminær strømning blir turbulent, er lik:

Hvor K– universell proporsjonalitetskoeffisient (den er den samme for alle væsker og rørdiametre); d– rørledningens diameter.

Denne dimensjonsløse koeffisienten ble kalt kritisk Reynolds-nummer:

. (2.1)

Som eksperimenter viser, for væsker . Tydeligvis nummeret Re kan tjene som et kriterium for å bedømme væskestrømningsregimet i rør, så

på laminær strømning,

når strømmen er turbulent.

I praksis laminær strømning observeres under strømmen av viskøse væsker (i hydraulikk- og oljesystemene til et fly). Turbulent strømning observeres i vannforsyning og drivstoff (parafin, bensin, alkohol) systemer.

I hydrauliske systemer er det en annen type væskestrøm - kavitasjonsstrømningsregime. Dette er bevegelsen til en væske forbundet med en endring i dens aggregeringstilstand(omdanning til gass, frigjøring av oppløst luft og gasser). Dette fenomenet oppstår når det er lokalt statisk trykket synker til elastisk trykk mettede damper væsker, det vil si når (Figur 2.5)

Figur 2.5

I dette tilfellet begynner intensiv fordamping og frigjøring av luft og gasser på dette punktet i strømmen. Gasshulrom ("cavitas" – hulrom) dannes i strømmen. Denne væskestrømmen kalles kavitasjon. Kavitasjon- et farlig fenomen, fordi det for det første fører til en kraftig reduksjon i væskestrømmen (og følgelig til en mulig stans av motoren under kavitasjon i drivstoffsystemet), og for det andre gassbobler som virker på pumpebladene , ødelegge dem.

Drivstoffsystemer bekjemper kavitasjon ved å øke trykket i tankene eller systemet ved hjelp av boosterpumper og et tanktrykksystem. Dette fenomenet må tas i betraktning ved utforming og konstruksjon av hydrauliske systemer. fly(spesielt drivstoff). Faktum er at disse systemene av flere grunner er koblet til atmosfæren (ventilasjonssystem). Med økende høyde reduseres trykket over overflaten av systemtankene, derfor reduseres det statiske trykket i rørledningene. I kombinasjon med trykktap ved lokale motstander og reduksjon i statisk trykk ved høye strømningshastigheter i rørledninger er det fare for kavitasjonstrykk.

Grunnleggende om teorien om laminær væskestrøm

I rørene

Laminær strømning er en strengt ordnet lagdelt strømning og adlyder Newtons friksjonslov:

(2.2)

La oss vurdere den jevne laminære væskestrømmen i et rundt rett rør (Figur 2.6) plassert horisontalt ( ). Siden røret er sylindrisk, altså og i dette tilfellet vil Bernoullis ligning ha formen:

, (2.3)

. (2.4)

La oss velge i væsken (Figur 2.6) et væskevolum med en radius r og lengde l. Det er klart at hastighetskonstansen vil bli sikret hvis summen av trykk- og friksjonskreftene som virker på det tildelte volumet er lik null, dvs.

. (2.5)

Tangentiale spenninger i rørets tverrsnitt varierer lineært i forhold til radius (Figur 2.6).

Figur 2.6

Ved å likestille (2.4) og (2.5), får vi:

eller, integrere fra r= 0 til r = r 0, får vi loven om hastighetsfordeling over tverrsnittet til et rundt rør:

. (2.6)

Væskestrøm definert som dQ = VdS. Setter inn (2.6) i det siste uttrykket og tar hensyn til det dS = 2prdr, etter integrering får vi:

Følgelig er fluidstrømningshastigheten i laminær strømning proporsjonal med radiusen til røret til fjerde potens.

. (2.8)

Ved å sammenligne (2.6) og (2.8), får vi det

. (2.9)

For å bestemme trykktapet på grunn av friksjon – bestemmer vi fra (2.7):

. (2.10)

Derfor,

(2.11)

eller erstatte m gjennom nr Og g gjennom qr, får vi

(2.12)

Således, med laminær strømning i et rundt rør, er friksjonsskattetap proporsjonale med fluidstrømningshastigheten og viskositeten, og omvendt proporsjonal med den fjerde potensen til rørdiameteren. Jo mindre rørdiameteren er, desto mer tap friksjonstrykk.

Tidligere var vi enige om at tap på grunn av hydraulisk motstand alltid er proporsjonale med kvadratet på væskehastigheten. For å oppnå en slik avhengighet, transformerer vi følgelig uttrykk (2.12), og tar det i betraktning

, A .

Etter passende transformasjoner får vi:

, (2.13)

, (2.14)

Laminar er en luftstrøm der luftstrømmer beveger seg i én retning og er parallelle med hverandre. Når hastigheten øker til en viss verdi, får luftstrømmer, i tillegg til hastighet fremover, også raskt skiftende hastigheter vinkelrett på retningen bevegelse fremover. Det dannes en strømning, som kalles turbulent, dvs. uorden.

Grenselag

Grenselaget er et lag der lufthastigheten varierer fra null til en verdi nær den lokale luftstrømhastigheten.

Når en luftstrøm strømmer rundt et legeme (fig. 5), glir ikke luftpartikler over kroppens overflate, men bremses ned, og lufthastigheten ved kroppens overflate blir null. Når man beveger seg bort fra kroppens overflate, øker lufthastigheten fra null til hastigheten på luftstrømmen.

Tykkelsen på grenselaget måles i millimeter og avhenger av luftens viskositet og trykk, kroppens profil, tilstanden til overflaten og posisjonen til kroppen i luftstrømmen. Tykkelsen på grensesjiktet øker gradvis fra forkant til bakkant. I grenselaget skiller naturen av bevegelsen av luftpartikler seg fra naturen til bevegelsen utenfor den.

La oss se på luftpartikkel A (fig. 6), som er plassert mellom luftstrømmer med hastigheter U1 og U2 På grunn av forskjellen i disse hastighetene som påføres motstående punkter av partikkelen, roterer den, og jo nærmere denne partikkelen er. kroppens overflate, jo mer roterer den (hvor forskjellshastighetene er høyest). Når man beveger seg bort fra kroppens overflate, bremses rotasjonsbevegelsen til partikkelen ned og blir lik null på grunn av likheten mellom luftstrømhastigheten og lufthastigheten til grenselaget.

Bak kroppen blir grenselaget til en medstrømsstråle, som visker ut og forsvinner når den beveger seg bort fra kroppen. Turbulensen i kjølvannet faller på halen av flyet og reduserer effektiviteten og forårsaker risting (buffetfenomen).

Grenselaget er delt inn i laminært og turbulent (fig. 7). I en jevn laminær strømning av grensesjiktet oppstår kun indre friksjonskrefter på grunn av luftens viskositet, så luftmotstanden i det laminære laget er lav.

Ris. 5

Ris. 6 Luftstrøm rundt en kropp - retardasjon av strømmen i grensesjiktet

Ris. 7

I et turbulent grensesjikt er det en kontinuerlig bevegelse av luftstrømmer i alle retninger, noe som krever flere energi for å opprettholde en tilfeldig virvelbevegelse, og som en konsekvens av dette skapes det en større motstand mot luftstrømmen til den bevegelige kroppen.

For å bestemme arten av grenselaget, brukes koeffisienten Cf. En kropp med en bestemt konfigurasjon har sin egen koeffisient. Så, for eksempel, for en flat plate er motstandskoeffisienten til det laminære grenselaget lik:

for et turbulent lag

der Re er Reynolds-tallet som uttrykker forholdet treghetskrefter til friksjonskrefter og det bestemmende forholdet mellom to komponenter - profilmotstand (formmotstand) og friksjonsmotstand. Reynolds tall Re bestemmes av formelen:

hvor V er luftstrømhastigheten,

I - kroppsstørrelsens natur,

kinetisk koeffisient for viskositet av luftfriksjonskrefter.

Når luft strømmer rundt en kropp inn bestemt punkt grenselaget går over fra laminært til turbulent. Dette punktet kalles overgangspunktet. Dens plassering på overflaten av kroppsprofilen avhenger av luftens viskositet og trykk, hastigheten til luftstrømmene, formen på kroppen og dens plassering i luftstrømmen, samt overflateruheten. Når du lager vingeprofiler, forsøker designere å plassere dette punktet så langt som mulig fra forkanten av profilen, og dermed redusere friksjonsmotstanden. Til dette formål brukes spesielle laminerte profiler for å øke glattheten på vingeoverflaten og en rekke andre tiltak.

Når hastigheten på luftstrømmen øker eller posisjonsvinkelen til kroppen i forhold til luftstrømmen øker til en viss verdi, skilles grenselaget på et bestemt punkt fra overflaten, og trykket bak dette punktet synker kraftig.

Som et resultat av at trykket i bakkanten av kroppen er større enn bak separasjonspunktet, oppstår en omvendt luftstrøm fra en sone med høyere trykk til en sone med lavere trykk til separasjonspunktet, som medfører separasjon av luftstrømmen fra overflaten av kroppen (fig. 8).

Et laminært grenselag løsner lettere fra overflaten av et legeme enn et turbulent grenselag.

Kontinuitetsligning for luftstrøm

Kontinuitetslikningen til en luftstrømsstråle (konstans av luftstrøm) er en aerodynamisk ligning som følger av fysikkens grunnleggende lover - bevaring av masse og treghet - og etablerer forholdet mellom tetthet, hastighet og tverrsnittsareal av en luftstråle.

Ris. 8

Ris. 9

Ved vurderingen aksepteres vilkåret at luften som studeres ikke har egenskapen komprimerbarhet (fig. 9).

I en strøm med variabelt tverrsnitt strømmer et andre volum luft gjennom seksjon I over en viss tidsperiode, dette volumet lik produktet luftstrømhastighet per tverrsnitt F.

Den andre masseluftstrømmen m er lik produktet av den andre luftstrømmen og tettheten p av strømmens luftstrøm. I henhold til loven om bevaring av energi er massen til luftstrømmen m1 som strømmer gjennom seksjon I (F1) lik massen m2 av denne strømmen strømmer gjennom seksjon II (F2), forutsatt at luftstrømmen er jevn:

m1=m2=konst, (1,7)

m1F1V1=m2F2V2=konst. (1,8)

Dette uttrykket kalles kontinuitetsligningen for en strøm av luftstrøm av en strøm.

F1V1=F2V2= konst. (1,9)

Så fra formelen er det klart at det samme volumet luft passerer gjennom forskjellige deler av strømmen i en viss tidsenhet (sekund), men med forskjellige hastigheter.

La oss skrive ligning (1.9) i følgende form:

Formelen viser at hastigheten på luftstrømmen til strålen er omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet til strålen og omvendt.

Luftstrømmens kontinuitetsligning etablerer således forholdet mellom tverrsnittet av strålen og hastigheten, forutsatt at luftstrømmen til strålen er jevn.

Statisk trykk og hastighetshode Bernoulli ligning

flyets aerodynamikk

Et fly som befinner seg i en stasjonær eller bevegelig luftstrøm i forhold til den, opplever trykk fra sistnevnte, i det første tilfellet (når luftstrømmen er stasjonær) er det statisk trykk og i det andre tilfellet (når luftstrømmen beveger seg) er det dynamisk trykk, kalles det oftere høyhastighetstrykk. Det statiske trykket i strømmen ligner trykket til en væske i hvile (vann, gass). For eksempel: vann i et rør, det kan være i ro eller i bevegelse, i begge tilfeller er rørets vegger under trykk fra vannet. Ved vannbevegelse vil trykket være litt mindre, siden det har oppstått et høyhastighetstrykk.

I henhold til loven om bevaring av energi er energien til en luftstrøm i forskjellige deler av en luftstrøm summen kinetisk energi strømme, potensiell energi trykkkrefter, indre strømningsenergi og kroppsposisjonsenergi. Dette beløpet er en konstant verdi:

Ekin+Er+Evn+En=sopst (1.10)

Kinetisk energi (Ekin) er evnen til en bevegelig luftstrøm til å utføre arbeid. Det er likt

hvor m er luftmasse, kgf s2m; V-luftstrømhastighet, m/s. Hvis vi i stedet for masse m erstatter massetetthet luft p, så får vi en formel for å bestemme hastighetstrykket q (i kgf/m2)

Potensiell energi Ep er evnen til en luftstrøm til å utføre arbeid under påvirkning av statiske trykkkrefter. Den er lik (i kgf-m)

hvor P er lufttrykk, kgf/m2; F er tverrsnittsarealet til luftstrømmen, m2; S er banen som tilbakelegges av 1 kg luft gjennom en gitt seksjon, m; produktet SF kalles det spesifikke volumet og er betegnet med v. Ved å erstatte verdien av det spesifikke luftvolumet i formel (1.13), får vi

Intern energi Evn er evnen til en gass til å utføre arbeid når temperaturen endres:

hvor Cv er varmekapasiteten til luft ved et konstant volum, cal/kg-deg; T-temperatur på Kelvin-skalaen, K; A - termisk ekvivalent mekanisk arbeid(kal-kg-m).

Fra ligningen er det klart at den indre energien til luftstrømmen er direkte proporsjonal med dens temperatur.

Posisjonsenergi En er luftens evne til å utføre arbeid når posisjonen til tyngdepunktet til en gitt luftmasse endres når den stiger til en viss høyde og er lik

hvor h er endringen i høyde, m.

På grunn av de små verdiene for separasjonen av tyngdepunktene til luftmasser langs høyden i en luftstrøm, blir denne energien neglisjert i aerodynamikken.

Med tanke på alle typer energi i forhold til visse forhold, kan vi formulere Bernoullis lov, som etablerer en sammenheng mellom det statiske trykket i en luftstrøm og hastighetstrykket.

La oss vurdere et rør (fig. 10) med variabel diameter (1, 2, 3) der luftstrømmen beveger seg. Trykkmålere brukes til å måle trykk i de aktuelle seksjonene. Ved å analysere avlesningene til trykkmålere kan vi konkludere med at det laveste dynamiske trykket vises av en trykkmåler med tverrsnitt 3-3. Dette betyr at når røret smalner, øker luftstrømhastigheten og trykket faller.

Ris. 10

Årsaken til trykkfallet er at luftstrømmen ikke gir noe arbeid (friksjon er ikke tatt hensyn til) og derfor total energi luftstrømmen forblir konstant. Hvis vi betrakter temperaturen, tettheten og volumet av luftstrømmen i forskjellige seksjoner som konstant (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), så kan den interne energien ignoreres.

Så inn i dette tilfellet det er mulig for den kinetiske energien til luftstrømmen å forvandle seg til potensiell energi og omvendt.

Når hastigheten på luftstrømmen øker, øker også hastighetstrykket og følgelig den kinetiske energien til denne luftstrømmen.

La oss erstatte verdiene fra formler (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) med formel (1.10), med tanke på at indre energi og vi neglisjerer posisjonsenergien, transformerende ligning (1.10), får vi

Denne ligningen for ethvert tverrsnitt av en luftstrøm er skrevet som følger:

Denne typen ligninger er den enkleste matematisk ligning Bernoulli viser at summen av statiske og dynamiske trykk for ethvert tverrsnitt av en strøm av jevn luftstrøm er en konstant verdi. Komprimerbarhet er ikke tatt i betraktning i dette tilfellet. Når man tar hensyn til kompressibilitet, gjøres passende korreksjoner.

For å illustrere Bernoullis lov kan du gjennomføre et eksperiment. Ta to ark papir, hold dem parallelt med hverandre på kort avstand, og blås inn i gapet mellom dem.

Ris. 11

Arkene nærmer seg. Grunnen til deres tilnærming er at med utenfor ark, trykket er atmosfærisk, og i intervallet mellom dem, på grunn av tilstedeværelsen av høyhastighets lufttrykk, sank trykket og ble mindre enn atmosfærisk. Under påvirkning av trykkforskjeller bøyer papirark innover.

Vindtunneler

Et eksperimentelt oppsett for å studere fenomenene og prosessene som følger med strømmen av gass rundt legemer kalles en vindtunnel. Prinsippet for drift av vindtunneler er basert på Galileos relativitetsprinsipp: i stedet for bevegelsen til et legeme i et stasjonært medium, studeres gassstrømmen rundt et stasjonært legeme I vindtunneler bestemmes effektene på et fly eksperimentelt . aerodynamiske krefter og momenter, fordelingen av trykk og temperatur over overflaten studeres, strømningsmønsteret rundt kroppen observeres, aeroelastisitet studeres, etc.

Vindtunneler, avhengig av rekkevidden av Mach-tall M, er delt inn i subsonisk (M = 0,15-0,7), transonisk (M = 0,7-1 3), supersonisk (M = 1,3-5) og hypersonisk (M = 5-25) ), i henhold til operasjonsprinsippet - inn i kompressor (kontinuerlig handling), der luftstrømmen skapes av en spesiell kompressor, og ballonger med økt trykk, i henhold til kretsoppsettet - inn i lukket og åpen.

Kompressorrør har høy effektivitet, de er praktiske å bruke, men de krever opprettelse av unike kompressorer med høye gassstrømningshastigheter og høy effekt. Ballongvindtunneler er mindre økonomiske enn kompressorvindtunneler, siden noe energi går tapt ved struping av gassen. I tillegg er varigheten av driften av ballongvindtunneler begrenset av gassreservene i tankene og varierer fra titalls sekunder til flere minutter for ulike vindtunneler.

Den utbredte bruken av ballongvindtunneler skyldes at de er enklere i utformingen og at kompressorkraften som kreves for å fylle ballongene er relativt liten. I vindtunneler med lukket sløyfe en betydelig del av den kinetiske energien som er igjen i gasstrømmen etter at den passerer gjennom arbeidsområdet, brukes, noe som øker effektiviteten til røret. I dette tilfellet er det imidlertid nødvendig å øke generelle dimensjoner installasjoner.

I subsoniske vindtunneler studeres de aerodynamiske egenskapene til subsoniske helikopterfly, samt egenskapene til supersoniske fly i start- og landingsmodus. I tillegg brukes de til å studere flyten rundt biler og andre bakkekjøretøyer. kjøretøy, bygninger, monumenter, broer og andre objekter Figur viser et diagram av en subsonisk vindtunnel med en lukket sløyfe.

Ris. 12

1 - honeycomb 2 - gitter 3 - forkammer 4 - confuser 5 - strømningsretning 6 - arbeidsdel med modell 7 - diffusor, 8 - albue med roterende blader, 9 - kompressor 10 - luftkjøler

Ris. 13

1 - honeycomb 2 - gitter 3 - forkammer 4 confuser 5 perforert arbeidsdel med modell 6 ejektor 7 diffuser 8 albue med ledeskovler 9 luftavtrekk 10 - lufttilførsel fra sylindere

Ris. 14

1 - trykkluftsylinder 2 - rørledning 3 - reguleringsspjeld 4 - nivelleringsgitter 5 - honeycomb 6 - deturbuliseringsgitter 7 - forkammer 8 - forvirring 9 - supersonisk dyse 10 - arbeidsdel med modell 11 - supersonisk diffuser 12 - subsonisk diffuser 13 - ved utgivelse

Ris. 15

1 - sylinder med høyt trykk 2 - rørledning 3 - kontrollgass 4 - varmeapparat 5 - forkammer med bikake og gitter 6 - hypersonisk aksesymmetrisk dyse 7 - arbeidsdel med modell 8 - hypersonisk aksesymmetrisk diffuser 9 - luftkjøler 10 - strømningsretning 11 - lufttilførsel til ejektorene 12 - ejektorer 13 - skodder 14 - vakuumtank 15 - subsonisk diffusor

Laminær flyt fotografering

Laminær flyt- rolig flyt av væske eller gass uten blanding. En væske eller gass beveger seg i lag som glir forbi hverandre. Når bevegelseshastigheten til lagene øker, eller når viskositeten til væsken avtar, blir laminær strømning til turbulent strømning. For hver væske eller gass oppstår dette punktet ved en viss verdi av Reynolds-tallet.

Beskrivelse

Laminære strømninger observeres enten i svært viskøse væsker, eller i strømninger som skjer ved ganske lave hastigheter, samt i den sakte flyten av væske rundt små legemer. Spesielt foregår laminære strømninger i trange (kapillær) rør, i et smørelag i lagre, i et tynt grensesjikt som dannes nær overflaten av legemer når væske eller gass strømmer rundt dem, osv. Med en økning i hastigheten på legemer. bevegelse av en gitt væske, kan laminær strømning på et tidspunkt forvandles til en uordnet turbulent strømning. I dette tilfellet endres kraften til motstand mot bevegelse kraftig. Væskestrømningsregimet er preget av det såkalte Reynolds-tallet (Re).

Når verdien Re mindre enn et visst kritisk antall Re kp, forekommer laminære væskestrømmer; hvis Re > Re kp, kan strømningsregimet bli turbulent. Verdien av Re cr avhenger av typen strømning som vurderes. Således for strømning i runde rør Re cr ≈ 2200 (hvis den karakteristiske hastigheten anses å være gjennomsnittshastigheten over tverrsnittet, og den karakteristiske størrelsen er rørets diameter). Derfor, ved Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Hastighetsfordeling

Hastighetsgjennomsnittsprofil:
a - laminær strømning
b - turbulent strømning

Med laminær strømning i et uendelig langt rør, varierer hastigheten i enhver seksjon av røret avhengig av V-V lov 0 (1 - r 2 /a 2 ), Hvor EN - rørradius, r - avstand fra aksen, V 0 = 2V gj.sn - aksial (numerisk maksimal) strømningshastighet; den tilsvarende parabolske hastighetsprofilen er vist i fig. EN.

Friksjonsspenningen varierer langs radien i henhold til en lineær lov τ=τ w r/a Hvor τ w = 4μVav/a - friksjonsspenning på rørveggen.

For å overvinne viskøse friksjonskrefter i et rør ved jevn bevegelse det må være et langsgående trykkfall, vanligvis uttrykt ved likheten P1-P2 = λ(l/d)ρV gjennomsnitt 2/2 Hvor P1 Og P2 - press i Ph.D. to tverrsnitt, plassert på avstand l fra hverandre λ - koeffisient motstand avhengig av Re for laminær strømning λ = 64/Re .