Laminar na mtiririko wa maji ya msukosuko: maelezo, vipengele na ukweli wa kuvutia. Laminar na mtiririko wa hewa wenye msukosuko

Utawala wa mtiririko wa maji unahusu kinematics na mienendo ya macroparticles ya kioevu, ambayo kwa pamoja huamua muundo na mali ya mtiririko kwa ujumla.

Njia ya mwendo imedhamiriwa na uwiano wa nguvu za inertia na msuguano katika mtiririko. Zaidi ya hayo, nguvu hizi daima hufanya kazi kwenye macroparticles kioevu wakati zinasonga katika mtiririko. Ingawa harakati hii inaweza kusababishwa na anuwai nguvu za nje kwa mfano, nguvu za mvuto na shinikizo. Uwiano wa nguvu hizi huonyesha , ambayo ni kigezo cha utawala wa mtiririko wa maji.

Kwa kasi ya chini ya mwendo wa chembe za kioevu katika mtiririko, nguvu za msuguano hutawala, na nambari za Reynolds ni ndogo. Harakati hii inaitwa laminar.

Kwa kasi kubwa ya mwendo wa chembe za kioevu katika mtiririko, nambari za Reynolds ni za juu, basi nguvu zisizo na nguvu hutawala katika mtiririko na nguvu hizi huamua kinematics na mienendo ya chembe, serikali hii inaitwa. yenye misukosuko

Na ikiwa nguvu hizi ni za mpangilio sawa (zinazoweza kulinganishwa), basi eneo kama hilo huitwa - mkoa wa kuingilia.

Aina ya modi huathiri kwa kiasi kikubwa michakato inayotokea katika mtiririko, na kwa hivyo tegemezi zilizohesabiwa.

Mchoro wa ufungaji ili kuonyesha utawala wa mtiririko wa maji umeonyeshwa kwenye takwimu.

Kioevu kutoka kwenye tangi hutiririka kupitia bomba la uwazi kupitia bomba hadi kwenye bomba. Katika mlango wa bomba kuna bomba nyembamba ambayo dutu ya kuchorea huingia sehemu ya kati ya mtiririko.

Ukifungua bomba kidogo, kioevu kitaanza kutiririka kupitia bomba kwa kasi ya chini. Wakati wa kuanzisha rangi katika mtiririko, utaweza kuona jinsi mkondo wa rangi kwa namna ya mstari unapita kutoka mwanzo wa bomba hadi mwisho wake. Hii inaonyesha mtiririko wa safu ya kioevu, bila kuchanganya na uundaji wa vortex, na utangulizi wa nguvu zisizo na nguvu katika mtiririko.

Utawala huu wa mtiririko unaitwa laminar.

Njia ya Laminar ni mtiririko wa safu ya kioevu bila kuchanganya chembe, bila kasi ya kupiga na shinikizo, bila kuchanganya tabaka na vortices.

Katika mtiririko wa laminar, mkondo ni sawa na mhimili wa bomba, i.e. hakuna harakati zinazovuka kwa mtiririko wa maji.

Utawala wa mtiririko wa misukosuko

Wakati kiwango cha mtiririko kupitia bomba katika ufungaji unaozingatiwa huongezeka, kasi ya harakati ya chembe za kioevu itaongezeka. Mto wa kioevu cha kuchorea utaanza kuzunguka.

Ikiwa utafungua bomba zaidi, mtiririko kupitia bomba utaongezeka.

Mtiririko wa kioevu cha kuchorea utaanza kuchanganyika na mtiririko kuu, kanda nyingi za uundaji wa vortex na mchanganyiko zitaonekana, na nguvu za inertial zitatawala katika mtiririko. Utawala huu wa mtiririko unaitwa yenye misukosuko.

Utawala wa msukosuko ni mtiririko unaofuatana na mchanganyiko mkali, uhamishaji wa tabaka zinazohusiana na kila mmoja na mapigo ya kasi na shinikizo.

Katika mtiririko wa machafuko, vectors za kasi hazina axial tu, bali pia vipengele vya kawaida kwa mhimili wa kituo.

Utawala wa mtiririko wa maji hutegemea nini?

Utawala wa mtiririko hutegemea kasi ya harakati ya chembe za kioevu kwenye bomba na jiometri ya bomba.

Kama ilivyoonyeshwa hapo awali, serikali ya mtiririko wa maji kwenye bomba inaturuhusu kuhukumu Kigezo cha Reynolds, kinachoakisi uwiano wa nguvu zisizo na nguvu kwa nguvu za msuguano wa KINATACHO.

• Katika nambari za Reidolds chini ya 2300 tunaweza kuzungumza juu laminar harakati za chembe (vyanzo vingine vinaonyesha takwimu 2000)
• Ikiwa kigezo cha Reynolds ni zaidi ya 4000, basi utawala wa mtiririko ni yenye misukosuko
• Nambari za Reynolds kati ya 2300 na 4000 zinaonyesha utawala wa mpito mtiririko wa maji

Kulingana na njia ya uingizaji hewa, chumba kawaida huitwa:

a) vyumba vyenye hewa ya msukosuko au vyenyemtiririko wa hewa usio na mwelekeo mmoja;

b) vyumba na laminar, au unidirectional, mtiririko wa hewa.

Kumbuka. KATIKA msamiati wa kitaaluma masharti yanatawala

"mchafuko mtiririko wa hewa"," mtiririko wa hewa laminar".

Njia za Kuendesha Mimi ni hewa

Kuna njia mbili za kuendesha gari hewa: laminar? na msukosuko?. Laminar? Hali hiyo ina sifa ya harakati iliyoamuru ya chembe za hewa pamoja na trajectories zinazofanana. Kuchanganya katika mtiririko hutokea kama matokeo ya kupenya kwa molekuli. Katika hali ya msukosuko, harakati za chembe za hewa ni machafuko, mchanganyiko husababishwa na kupenya kwa kiasi cha hewa ya mtu binafsi na kwa hiyo hutokea kwa ukali zaidi kuliko katika hali ya laminar.

Kwa harakati ya laminar stationary, kasi ya mtiririko wa hewa katika hatua ni mara kwa mara katika ukubwa na mwelekeo; wakati wa mwendo wa misukosuko, ukubwa na mwelekeo wake hubadilika kwa wakati.

Msukosuko ni matokeo ya usumbufu wa nje (unaobebwa ndani ya mtiririko) au wa ndani (unaozalishwa katika mtiririko)?. Msukosuko mtiririko wa uingizaji hewa ni kawaida ya asili ya ndani. Sababu yake ni malezi ya vortex wakati mtiririko unapita karibu na makosa?kuta na vitu.

Kigezo cha misingi? utawala wa misukosuko ni nambari ya Rhea?Nolds:

R e = uD / h

Wapi Na - kasi ya wastani harakati za hewa ndani ndani ya nyumba;

D - kwa maji? kipenyo cha chumba;

D= 4S/P

S - eneo la msalaba majengo;

R - mzunguko wa transverse sehemu za chumba;

v- kinematic?mgawo wa mnato wa hewa.

Nambari ya Rhea? Nolds, juu ya ambayo harakati misukosuko ya abutment?wazi, inaitwa muhimu. Kwa majengo ni sawa na 1000-1500, kwa mabomba ya laini - 2300. V majengo harakati za hewa kawaida huwa na msukosuko; wakati wa kuchuja(katika vyumba safi)inawezekana kama laminar?, na msukosuko? hali.

Vitengo vya mtiririko wa laminar hutumiwa katika vyumba safi vya viwanda na hutumikia kusambaza kiasi kikubwa cha hewa, kutoa kwa dari maalum iliyoundwa, kofia za sakafu na udhibiti wa shinikizo la chumba. Chini ya masharti haya, utendakazi wa wasambazaji wa mtiririko wa lamina umehakikishiwa kutoa mtiririko unaohitajika wa unidirectional na mistari sambamba sasa. Kiwango cha juu cha ubadilishaji wa hewa husaidia kudumisha hali karibu na isothermal katika mtiririko wa hewa ya usambazaji. Dari iliyoundwa kwa ajili ya usambazaji wa hewa na kubadilishana kubwa ya hewa, kutokana na eneo kubwa kutoa kidogo kasi ya awali mtiririko wa hewa. Uendeshaji wa vifaa vya kutolea nje vilivyo kwenye ngazi ya sakafu na udhibiti wa shinikizo la hewa katika chumba hupunguza ukubwa wa maeneo ya mtiririko wa recirculation, na kanuni ya "kupita moja na kutoka moja" inatekelezwa kwa urahisi. Chembe zilizosimamishwa zimesisitizwa dhidi ya sakafu na kuondolewa, kwa hiyo kuna hatari ndogo ya wao kuzungushwa tena.

Ufafanuzi wa sheria za upinzani na maana

Nambari muhimu ya Reynolds kwenye laminar

Na mifumo ya mtiririko wa maji yenye msukosuko

Kusudi la kazi na yaliyomo katika kazi

Chunguza kanuni za mtiririko wa maji katika mabomba, tambua nambari muhimu ya Reynolds na sifa za upinzani dhidi ya harakati za maji kupitia bomba.

2.2 Kwa kifupi habari za kinadharia

Aina za taratibu za mtiririko

Katika mtiririko halisi wa maji, kama majaribio mengi yanavyoonyesha, inawezekana mikondo tofauti vimiminika.

1. Laminar(yenye tabaka) mtiririko, ambayo chembe za kioevu huhamia kwenye tabaka zao bila kuchanganya. Katika kesi hii, chembe zenyewe ndani ya safu zina harakati za mzunguko(Mchoro 2.1) kutokana na upinde rangi wa kasi.

Kielelezo 2.1

Kadiri kasi ya mtiririko wa maji inavyoongezeka, kasi V kuongezeka, upinde wa kasi kasi, ipasavyo. Mwendo wa mzunguko wa chembe huongezeka, wakati kasi ya safu ya mbali zaidi kutoka kwa ukuta huongezeka zaidi (Mchoro 2.2), na kasi ya tabaka za karibu za ukuta hupungua hata zaidi.

Kielelezo 2.2

Ipasavyo, shinikizo la hydromechanical huongezeka katika tabaka za karibu za ukuta (kulingana na equation ya Bernoulli). Chini ya ushawishi wa tofauti ya shinikizo, chembe inayozunguka imechanganywa katika unene wa msingi (Mchoro 2.3), na kutengeneza njia ya pili ya mtiririko wa maji - mtiririko wa misukosuko.

Kielelezo 2.3

2. Mtiririko wa misukosuko kioevu kinafuatana na mchanganyiko mkali wa kioevu na pulsation ya kasi na shinikizo (Mchoro 2.4).

Kielelezo 2.4

Mwanasayansi wa Ujerumani O. Reynolds alithibitisha mwaka 1883 kuwa mpito kutoka mtiririko wa lamina kioevu kwa turbulent inategemea mnato wa kioevu, kasi yake na ukubwa wa tabia (kipenyo) cha bomba.

Kasi muhimu, ambapo mtiririko wa lamina huwa na msukosuko, ni sawa na:

Wapi K- mgawo wa uwiano wa ulimwengu wote (ni sawa kwa kioevu na kipenyo cha bomba); d- kipenyo cha bomba.

Mgawo huu usio na kipimo uliitwa nambari muhimu ya Reynolds:

. (2.1)

Kama majaribio yanavyoonyesha, kwa vinywaji . Ni wazi idadi Re inaweza kutumika kama kigezo cha kuhukumu serikali ya mtiririko wa maji kwenye bomba, kwa hivyo

katika mtiririko wa lamina,

wakati mtiririko una msukosuko.

Juu ya mazoezi laminar mtiririko huzingatiwa wakati wa mtiririko wa vinywaji vya viscous (katika mifumo ya majimaji na mafuta ya ndege). Msukosuko mtiririko huzingatiwa katika mifumo ya usambazaji wa maji na mafuta (mafuta ya taa, petroli, pombe).

Katika mifumo ya majimaji, kuna aina nyingine ya mtiririko wa maji - utaratibu wa mtiririko wa cavitation. Huu ni mwendo wa kiowevu unaohusishwa na mabadiliko ndani yake hali ya mkusanyiko(mabadiliko kuwa gesi, kutolewa kwa hewa na gesi iliyoyeyuka). Jambo hili hutokea wakati wa ndani tuli shinikizo hupungua kwa shinikizo la elastic mvuke ulijaa vinywaji, yaani, lini (Mchoro 2.5)

Kielelezo 2.5

Katika kesi hii, vaporization kubwa na kutolewa kwa hewa na gesi huanza katika hatua hii ya mtiririko. Mashimo ya gesi ("cavitas" - cavity) huundwa katika mtiririko. Mtiririko huu wa maji huitwa cavitation. Cavitation- jambo la hatari, kwa sababu, kwanza, husababisha kupungua kwa kasi kwa mtiririko wa maji (na, kwa hiyo, kwa kuzima kwa injini wakati wa cavitation katika mfumo wa mafuta), na, pili, Bubbles za gesi, zinazofanya kazi kwenye vile vile vya pampu. , kuwaangamiza.

Mifumo ya mafuta hupambana na cavitation kwa kuongeza shinikizo kwenye tanki au mfumo kwa kutumia pampu za nyongeza na mfumo wa shinikizo la tanki. Jambo hili lazima lizingatiwe wakati wa kubuni na kujenga mifumo ya majimaji. Ndege(hasa mafuta). Ukweli ni kwamba kwa sababu kadhaa mifumo hii imeunganishwa na anga (mfumo wa uingizaji hewa). Kwa kuongezeka kwa urefu, shinikizo juu ya uso wa mizinga ya mfumo hupungua, kwa hiyo, shinikizo la tuli katika mabomba hupungua. Pamoja na upotezaji wa shinikizo kwa upinzani wa ndani na kupungua kwa shinikizo la tuli kwa viwango vya juu vya mtiririko kwenye bomba, kuna hatari ya shinikizo la cavitation.

Misingi ya nadharia ya mtiririko wa maji ya lamina

Katika mabomba

Mtiririko wa Laminar ni mtiririko uliopangwa kwa uangalifu na unatii sheria ya Newton ya msuguano:

(2.2)

Wacha tuzingatie mtiririko thabiti wa lamina ya kioevu kwenye bomba la pande zote moja kwa moja (Mchoro 2.6) iko kwa usawa ( ) Kwa kuwa bomba ni cylindrical, basi na katika kesi hii equation ya Bernoulli itachukua fomu:

, (2.3)

. (2.4)

Hebu tuchague kwenye kioevu (Mchoro 2.6) kiasi cha kioevu na radius r na urefu l. Ni wazi, uthabiti wa kasi utahakikishwa ikiwa jumla ya nguvu za shinikizo na msuguano unaofanya kazi kwa kiasi kilichotengwa ni sawa na sifuri, ambayo ni.

. (2.5)

Mkazo wa tangential katika sehemu ya msalaba wa bomba hutofautiana kwa mstari kwa uwiano wa radius (Mchoro 2.6).

Kielelezo 2.6

Kusawazisha (2.4) na (2.5), tunapata:

au, kuunganisha kutoka r= 0 hadi r = r0, tunapata sheria ya usambazaji wa kasi juu ya sehemu ya msalaba wa bomba la pande zote:

. (2.6)

Mtiririko wa maji hufafanuliwa kama dQ = VdS. Kuweka (2.6) kwenye usemi wa mwisho na kuzingatia hilo dS = 2prdr, baada ya kuunganishwa tunapata:

Kwa hiyo, kiwango cha mtiririko wa maji katika mtiririko wa laminar ni sawia na radius ya bomba kwa nguvu ya nne.

. (2.8)

Kulinganisha (2.6) na (2.8), tunapata hiyo

. (2.9)

Kuamua upotezaji wa shinikizo kwa sababu ya msuguano - , tunaamua kutoka (2.7):

. (2.10)

Kwa hivyo,

(2.11)

au, kuchukua nafasi m kupitia nr Na g kupitia qr, tunapata

(2.12)

Kwa hivyo, kwa mtiririko wa laminar kwenye bomba la pande zote, upotezaji wa ushuru wa msuguano ni sawa na kiwango cha mtiririko wa maji na mnato, na ni sawa na nguvu ya nne ya kipenyo cha bomba. Kipenyo kidogo cha bomba, hasara zaidi shinikizo la msuguano.

Hapo awali, tulikubaliana kuwa hasara kutokana na upinzani wa majimaji daima ni sawia na mraba wa kasi ya maji. Ili kupata utegemezi kama huo, ipasavyo tunabadilisha usemi (2.12), kwa kuzingatia hilo

, A .

Baada ya mabadiliko yanayofaa tunapata:

, (2.13)

, (2.14)

Laminar ni mtiririko wa hewa ambao mito ya hewa hutembea kwa mwelekeo mmoja na ni sawa kwa kila mmoja. Wakati kasi inapoongezeka hadi thamani fulani, mito ya mtiririko wa hewa, pamoja na kasi ya mbele, pia hupata kasi inayobadilika haraka kwa mwelekeo. harakati za mbele. Mtiririko huundwa, ambao huitwa turbulent, yaani usio na utaratibu.

Safu ya mpaka

Safu ya mpaka ni safu ambayo kasi ya hewa inatofautiana kutoka sifuri hadi thamani karibu na kasi ya mtiririko wa hewa ya ndani.

Wakati mtiririko wa hewa unapita karibu na mwili (Mchoro 5), chembe za hewa haziingizii juu ya uso wa mwili, lakini hupunguzwa, na kasi ya hewa kwenye uso wa mwili inakuwa sifuri. Wakati wa kusonga mbali na uso wa mwili, kasi ya hewa huongezeka kutoka sifuri hadi kasi ya mtiririko wa hewa.

Unene wa safu ya mpaka hupimwa kwa milimita na inategemea mnato na shinikizo la hewa, wasifu wa mwili, hali ya uso wake na nafasi ya mwili katika mtiririko wa hewa. Unene wa safu ya mpaka huongezeka hatua kwa hatua kutoka kwa uongozi hadi kwenye makali ya kufuatilia. Katika safu ya mpaka, asili ya harakati ya chembe za hewa hutofautiana na asili ya harakati nje yake.

Hebu fikiria chembe ya hewa A (Mchoro 6), ambayo iko kati ya mito ya hewa yenye kasi U1 na U2 Kutokana na tofauti katika kasi hizi zinazotumiwa kwa pointi tofauti za chembe, inazunguka, na karibu na chembe hii. uso wa mwili, zaidi inazunguka (ambapo kasi ya tofauti ni ya juu zaidi). Wakati wa kusonga mbali na uso wa mwili, mwendo wa mzunguko wa chembe hupungua na inakuwa sawa na sifuri kutokana na usawa wa kasi ya mtiririko wa hewa na kasi ya hewa ya safu ya mpaka.

Nyuma ya mwili, safu ya mpaka inageuka kuwa ndege ya kawaida, ambayo hutoka nje na kutoweka inapoondoka kutoka kwa mwili. Msukosuko katika kuamka huanguka kwenye mkia wa ndege na hupunguza ufanisi wake na husababisha kutetemeka (uzushi wa buffeting).

Safu ya mpaka imegawanywa katika laminar na turbulent (Mchoro 7). Katika mtiririko wa laminar ya kutosha ya safu ya mpaka, nguvu za msuguano wa ndani tu kutokana na mnato wa hewa huonekana, hivyo upinzani wa hewa katika safu ya laminar ni ya chini.

Mchele. 5

Mchele. 6 Mtiririko wa hewa kuzunguka mwili - kupungua kwa mtiririko kwenye safu ya mpaka

Mchele. 7

Katika safu ya mpaka yenye msukosuko, kuna harakati inayoendelea ya mito ya hewa katika pande zote, ambayo inahitaji. zaidi nishati kudumisha mwendo wa vortex bila mpangilio na, kama matokeo ya hii, upinzani mkubwa kwa mtiririko wa hewa huundwa kwa mwili unaosonga.

Kuamua asili ya safu ya mpaka, mgawo wa Cf hutumiwa. Mwili wa usanidi fulani una mgawo wake. Kwa hiyo, kwa mfano, kwa sahani ya gorofa mgawo wa upinzani wa safu ya mpaka wa laminar ni sawa na:

kwa safu ya msukosuko

ambapo Re ni nambari ya Reynolds inayoonyesha uwiano nguvu zisizo na nguvu kwa nguvu za msuguano na uwiano wa kuamua wa vipengele viwili - upinzani wa wasifu (upinzani wa sura) na upinzani wa msuguano. Nambari ya Reynolds Re imedhamiriwa na formula:

ambapo V ni kasi ya mtiririko wa hewa,

Mimi - asili ya saizi ya mwili,

mgawo wa kinetic wa viscosity ya nguvu za msuguano wa hewa.

Wakati hewa inapita kuzunguka mwili ndani uhakika fulani safu ya mpaka hubadilika kutoka laminar hadi kwenye msukosuko. Hatua hii inaitwa hatua ya mpito. Eneo lake juu ya uso wa wasifu wa mwili hutegemea mnato na shinikizo la hewa, kasi ya mito ya hewa, sura ya mwili na nafasi yake katika mtiririko wa hewa, pamoja na ukali wa uso. Wakati wa kuunda wasifu wa mrengo, wabunifu wanajitahidi kuweka hatua hii iwezekanavyo kutoka kwa makali ya mbele ya wasifu, na hivyo kupunguza drag ya msuguano. Kwa kusudi hili, maelezo maalum ya laminated hutumiwa kuongeza laini ya uso wa mrengo na idadi ya hatua nyingine.

Wakati kasi ya mtiririko wa hewa inapoongezeka au angle ya nafasi ya mwili kuhusiana na mtiririko wa hewa huongezeka kwa thamani fulani, kwa wakati fulani safu ya mpaka imetenganishwa na uso, na shinikizo nyuma ya hatua hii hupungua kwa kasi.

Kama matokeo ya ukweli kwamba kwenye ukingo wa nyuma wa mwili shinikizo ni kubwa kuliko nyuma ya sehemu ya kujitenga, mtiririko wa hewa wa nyuma hutokea kutoka eneo la shinikizo la juu hadi eneo la shinikizo la chini hadi eneo la kujitenga, ambalo linajumuisha kujitenga. ya mtiririko wa hewa kutoka kwenye uso wa mwili (Mchoro 8).

Safu ya mpaka ya lamina hutoka kwa urahisi zaidi kutoka kwa uso wa mwili kuliko safu ya mpaka yenye msukosuko.

Mlinganyo wa mwendelezo wa mtiririko wa hewa

Equation ya mwendelezo wa jet ya mtiririko wa hewa (uvumilivu wa mtiririko wa hewa) ni equation ya aerodynamics inayofuata kutoka kwa sheria za kimsingi za fizikia - uhifadhi wa misa na inertia - na huanzisha uhusiano kati ya msongamano, kasi na eneo la sehemu ya msalaba. ya ndege ya mtiririko wa hewa.

Mchele. 8

Mchele. 9

Wakati wa kuzingatia, hali hiyo inakubaliwa kuwa hewa inayojifunza haina mali ya compressibility (Mchoro 9).

Katika mkondo wa sehemu ya kutofautisha, kiasi cha pili cha hewa hutiririka kupitia sehemu ya I kwa muda fulani, kiasi hiki. sawa na bidhaa kasi ya mtiririko wa hewa kwa kila sehemu F.

Mtiririko wa pili wa hewa m ni sawa na bidhaa ya mtiririko wa pili wa hewa na wiani p wa mtiririko wa hewa wa mkondo. Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa nishati, wingi wa mkondo wa hewa m1 unaopita kupitia sehemu ya I (F1) ni sawa na wingi wa m2. ya mkondo huu inapita kupitia sehemu ya II (F2), mradi mtiririko wa hewa ni thabiti:

m1=m2=const, (1.7)

m1F1V1=m2F2V2=const. (1.8)

Usemi huu unaitwa equation ya mwendelezo wa mkondo wa mtiririko wa hewa wa mkondo.

F1V1=F2V2= const. (1.9)

Kwa hiyo, kutoka kwa formula ni wazi kwamba kiasi sawa cha hewa hupitia sehemu tofauti za mkondo katika kitengo fulani cha muda (pili), lakini kwa kasi tofauti.

Wacha tuandike equation (1.9) katika fomu ifuatayo:

Njia hiyo inaonyesha kuwa kasi ya mtiririko wa hewa ya ndege ni sawia na eneo la sehemu ya msalaba ya ndege na kinyume chake.

Kwa hivyo, usawa wa mwendelezo wa mtiririko wa hewa huanzisha uhusiano kati ya sehemu ya msalaba wa ndege na kasi, mradi mtiririko wa hewa wa ndege ni thabiti.

Shinikizo tuli na kichwa cha kasi mlinganyo wa Bernoulli

aerodynamics ya ndege ya anga

Ndege iliyoko katika mtiririko wa hewa iliyosimama au inayosonga ikihusiana nayo hupata shinikizo kutoka kwa ndege ya pili, katika kesi ya kwanza (wakati mtiririko wa hewa haujasimama) hii ni shinikizo la tuli na katika kesi ya pili (wakati mtiririko wa hewa unatembea) hii ni. shinikizo la nguvu, mara nyingi huitwa shinikizo la kasi. Shinikizo la tuli katika mkondo ni sawa na shinikizo la kioevu wakati wa kupumzika (maji, gesi). Kwa mfano: maji katika bomba, inaweza kuwa katika mapumziko au katika mwendo, katika hali zote mbili kuta za bomba ni chini ya shinikizo kutoka kwa maji. Katika kesi ya harakati ya maji, shinikizo itakuwa kidogo kidogo, tangu shinikizo la kasi limeonekana.

Kulingana na sheria ya uhifadhi wa nishati, nishati ya mkondo wa mtiririko wa hewa katika sehemu tofauti za mkondo wa hewa ni jumla. nishati ya kinetic mtiririko, nishati inayowezekana nguvu za shinikizo, nishati ya mtiririko wa ndani na nishati ya nafasi ya mwili. Kiasi hiki ni thamani ya kudumu:

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

Nishati ya kinetic (Ekin) ni uwezo wa mtiririko wa hewa unaosonga kufanya kazi. Ni sawa

ambapo m ni wingi wa hewa, kgf s2m; Kasi ya mtiririko wa V-hewa, m/s. Ikiwa badala ya misa m tunabadilisha msongamano wa wingi hewa p, kisha tunapata fomula ya kuamua shinikizo la kasi q (katika kgf/m2)

Nishati inayowezekana Ep ni uwezo wa mtiririko wa hewa kufanya kazi chini ya ushawishi wa nguvu za shinikizo tuli. Ni sawa (katika kgf-m)

ambapo P ni shinikizo la hewa, kgf/m2; F ni eneo la msalaba wa mkondo wa hewa, m2; S ni njia iliyosafirishwa na kilo 1 ya hewa kupitia sehemu fulani, m; bidhaa SF inaitwa kiasi maalum na inaonyeshwa kwa v. Kubadilisha thamani ya kiasi maalum cha hewa kwenye fomula (1.13), tunapata

Nishati ya ndani Evn ni uwezo wa gesi kufanya kazi wakati halijoto yake inapobadilika:

ambapo Cv ni uwezo wa joto wa hewa kwa kiasi cha mara kwa mara, cal/kg-deg; T-joto kwenye mizani ya Kelvin, K; A - sawa na joto kazi ya mitambo(cal-kg-m).

Kutoka kwa equation ni wazi kwamba nishati ya ndani ya mtiririko wa hewa ni sawa sawa na joto lake.

Nishati ya nafasi En ni uwezo wa hewa kufanya kazi wakati nafasi ya katikati ya mvuto wa wingi fulani wa hewa inabadilika wakati wa kupanda hadi urefu fulani na ni sawa na

ambapo h ni mabadiliko ya urefu, m.

Kwa sababu ya maadili madogo ya mgawanyiko wa vituo vya mvuto wa raia wa hewa kwa urefu katika mkondo wa mtiririko wa hewa, nishati hii inapuuzwa katika aerodynamics.

Kuzingatia aina zote za nishati kuhusiana na hali fulani, tunaweza kuunda sheria ya Bernoulli, ambayo huanzisha uhusiano kati ya shinikizo la tuli katika mkondo wa mtiririko wa hewa na shinikizo la kasi.

Hebu fikiria bomba (Mchoro 10) wa kipenyo cha kutofautiana (1, 2, 3) ambayo mtiririko wa hewa unaendelea. Vipimo vya shinikizo hutumiwa kupima shinikizo katika sehemu zinazozingatiwa. Kuchambua usomaji wa vipimo vya shinikizo, tunaweza kuhitimisha kuwa shinikizo la chini la nguvu linaonyeshwa na kupima shinikizo na sehemu ya 3-3 ya msalaba. Hii ina maana kwamba wakati bomba inavyopungua, kasi ya mtiririko wa hewa huongezeka na shinikizo hupungua.

Mchele. 10

Sababu ya kushuka kwa shinikizo ni kwamba mtiririko wa hewa hauzalishi kazi yoyote (msuguano hauzingatiwi) na kwa hiyo jumla ya nishati mtiririko wa hewa unabaki thabiti. Ikiwa tunazingatia hali ya joto, wiani na kiasi cha mtiririko wa hewa katika sehemu tofauti kuwa mara kwa mara (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), basi nishati ya ndani inaweza kupuuzwa.

Kwa hiyo, katika kwa kesi hii inawezekana kwa nishati ya kinetic ya mtiririko wa hewa kubadilika kuwa nishati inayoweza kutokea na kinyume chake.

Wakati kasi ya mtiririko wa hewa inapoongezeka, shinikizo la kasi na, ipasavyo, nishati ya kinetic ya mtiririko huu wa hewa pia huongezeka.

Wacha tubadilishe maadili kutoka kwa fomula (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) kuwa fomula (1.10), kwa kuzingatia kwamba nishati ya ndani na sisi kupuuza nafasi nishati, kubadilisha equation (1.10), sisi kupata

Mlinganyo huu wa sehemu yoyote ya msalaba wa mkondo wa hewa umeandikwa kama ifuatavyo:

Aina hii ya equation ni rahisi zaidi mlinganyo wa hisabati Bernoulli inaonyesha kwamba jumla ya shinikizo la tuli na la nguvu kwa sehemu yoyote ya msalaba wa mkondo wa mtiririko wa hewa thabiti ni thamani ya mara kwa mara. Compressibility si kuzingatiwa katika kesi hii. Wakati wa kuzingatia ukandamizaji, marekebisho sahihi yanafanywa.

Ili kuonyesha sheria ya Bernoulli, unaweza kufanya majaribio. Chukua karatasi mbili za karatasi, ukizishikilia kwa usawa kwa kila mmoja kwa umbali mfupi, na pigo kwenye pengo kati yao.

Mchele. kumi na moja

Karatasi zinakaribia zaidi. Sababu ya ukaribu wao ni kwamba na nje karatasi, shinikizo ni anga, na katika muda kati yao, kutokana na kuwepo kwa shinikizo la hewa ya kasi, shinikizo lilipungua na kuwa chini ya anga. Chini ya ushawishi wa tofauti za shinikizo, karatasi za bend ndani.

Vichungi vya upepo

Usanidi wa majaribio wa kusoma matukio na michakato inayoambatana na mtiririko wa gesi karibu na miili inaitwa handaki la upepo. Kanuni ya uendeshaji wa vichuguu vya upepo inategemea kanuni ya Galileo ya uhusiano: badala ya harakati ya mwili katika kati ya stationary, mtiririko wa gesi karibu na mwili wa stationary huchunguzwa Katika vichuguu vya upepo, athari kwenye ndege huamuliwa kwa majaribio . nguvu za aerodynamic na wakati, usambazaji wa shinikizo na joto juu ya uso wake unasomwa, muundo wa mtiririko karibu na mwili unazingatiwa, aeroelasticity inasomwa, nk.

Njia za upepo, kulingana na anuwai ya nambari za Mach M, zimegawanywa kuwa subsonic (M = 0.15-0.7), transonic (M = 0.7-1 3), supersonic (M = 1.3-5) na hypersonic (M = 5-25). ), kulingana na kanuni ya operesheni - ndani ya compressor (hatua inayoendelea), ambayo mtiririko wa hewa huundwa na compressor maalum, na baluni na shinikizo la kuongezeka, kulingana na mpangilio wa mzunguko - ndani ya kufungwa na kufunguliwa.

Mabomba ya compressor yana ufanisi mkubwa, ni rahisi kutumia, lakini yanahitaji kuundwa kwa compressors ya kipekee na viwango vya juu vya mtiririko wa gesi na nguvu kubwa. Vichungi vya upepo wa puto ni vya chini kiuchumi kuliko vichuguu vya upepo wa compressor, kwani nishati fulani hupotea wakati wa kusukuma gesi. Kwa kuongeza, muda wa uendeshaji wa vichuguu vya upepo wa puto ni mdogo na hifadhi ya gesi katika mizinga na huanzia makumi ya sekunde hadi dakika kadhaa kwa vichuguu mbalimbali vya upepo.

Matumizi yaliyoenea ya vichuguu vya upepo wa puto ni kutokana na ukweli kwamba ni rahisi zaidi katika muundo na nguvu ya compressor inayohitajika kujaza puto ni ndogo. Katika vichuguu vya upepo na kitanzi kilichofungwa sehemu kubwa ya nishati ya kinetic iliyobaki katika mtiririko wa gesi baada ya kupitia eneo la kazi hutumiwa, ambayo huongeza ufanisi wa bomba. Katika kesi hii, hata hivyo, ni muhimu kuongezeka vipimo vya jumla mitambo.

Katika vichuguu vya upepo wa subsonic, sifa za aerodynamic za ndege ya helikopta ya subsonic husomwa, pamoja na sifa za ndege za juu katika njia za kuruka na za kutua. Kwa kuongeza, hutumiwa kujifunza mtiririko karibu na magari na magari mengine ya chini. Gari, majengo, makaburi, madaraja na vitu vingine Kielelezo kinaonyesha mchoro wa handaki ya upepo ya subsonic yenye kitanzi kilichofungwa.

Mchele. 12

1 - sega la asali 2 - gridi 3 - chumba cha mapema 4 - mkanganyiko 5 - mwelekeo wa mtiririko 6 - sehemu ya kazi na mfano wa 7 - diffuser, 8 - kiwiko na vile vinavyozunguka, 9 - compressor 10 - baridi ya hewa

Mchele. 13

1 - sega la asali 2 - gridi 3 - chumba cha mapema 4 kichanganyiko 5 sehemu ya kufanya kazi yenye modeli 6 ejector 7 kisambazaji 7 kiwiko chenye vijiti vya mwongozo 9 moshi wa hewa 10 - usambazaji wa hewa kutoka kwa mitungi

Mchele. 14

1 - silinda ya hewa iliyoshinikizwa 2 - bomba 3 - kudhibiti throttle 4 - gridi za kusawazisha 5 - sega la asali 6 - gridi za deturbulizing 7 - chumba cha kulala 8 - mkanganyiko 9 - pua ya juu 10 - sehemu ya kufanya kazi na mfano 11 - diffuser ya juu 12 - subsonic 3 diffuser kutolewa

Mchele. 15

1 - silinda na shinikizo la juu 2 - bomba 3 - kudhibiti kaba 4 - heater 5 - chumba cha kabla na asali na gridi 6 - hypersonic axisymmetric nozzle 7 - sehemu ya kazi na mfano 8 - hypersonic axisymmetric diffuser 9 - hewa baridi 10 - mtiririko mwelekeo 11 - usambazaji wa hewa kwa ejector 12 - ejector 13 - shutters 14 - tank ya utupu 15 - diffuser subsonic

Upigaji picha wa mtiririko wa lamina

Mtiririko wa lamina- mtiririko wa utulivu wa kioevu au gesi bila kuchanganya. Kioevu au gesi husogea katika tabaka zinazoteleza kupita kila kimoja. Kadiri kasi ya mwendo wa tabaka inavyoongezeka, au kadiri mnato wa giligili unavyopungua, mtiririko wa laminar hubadilika kuwa mtiririko wa msukosuko. Kwa kila kioevu au gesi, hatua hii hutokea kwa thamani fulani ya nambari ya Reynolds.

Maelezo

Mtiririko wa Laminar huzingatiwa ama katika vimiminiko vya viscous sana, au katika mtiririko unaotokea kwa kasi ya chini, na vile vile katika mtiririko wa polepole wa kioevu karibu na miili midogo. Hasa, mtiririko wa lamina hufanyika katika zilizopo nyembamba (capillary), katika safu ya lubricant katika fani, kwenye safu nyembamba ya mpaka ambayo huunda karibu na uso wa miili wakati kioevu au gesi inapita karibu nao, nk Kwa ongezeko la kasi ya mtiririko wa kimiminika fulani, mtiririko wa lamina unaweza wakati fulani kubadilika kuwa mtiririko wa misukosuko usio na utaratibu. Katika kesi hii, nguvu ya kupinga harakati inabadilika sana. Utawala wa mtiririko wa maji unaonyeshwa na nambari inayoitwa Reynolds (Re).

Wakati thamani Re chini ya nambari fulani muhimu Re kp, mtiririko wa maji ya lamina hutokea; ikiwa Re > Re kp, utaratibu wa mtiririko unaweza kuwa na msukosuko. Thamani ya Re cr inategemea aina ya mtiririko unaozingatiwa. Hivyo, kwa mtiririko katika mabomba ya pande zote Re cr ≈ 2200 (ikiwa kasi ya tabia inachukuliwa kuwa kasi ya wastani juu ya sehemu ya msalaba, na ukubwa wa tabia ni kipenyo cha bomba). Kwa hiyo, katika Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Usambazaji wa kasi

Wasifu wa wastani wa kasi:
a - mtiririko wa lamina
b - mtiririko wa msukosuko

Kwa mtiririko wa laminar katika bomba la muda mrefu usio na kipimo, kasi katika sehemu yoyote ya bomba inatofautiana kulingana na Sheria ya V-V 0 (1 - r 2 / a 2 ), wapi A - eneo la bomba, r - umbali kutoka kwa mhimili; V 0 = 2V wastani - axial (idadi ya juu) kasi ya mtiririko; wasifu unaolingana wa kasi ya kimfano unaonyeshwa kwenye Mtini. A.

Mkazo wa msuguano hutofautiana kando ya radius kulingana na sheria ya mstari τ=τ w r/a Wapi τ w = 4μVav/a - msuguano wa msuguano kwenye ukuta wa bomba.

Ili kuondokana na nguvu za msuguano wa viscous kwenye bomba mwendo wa sare lazima kuwe na kushuka kwa shinikizo la longitudinal, kawaida huonyeshwa na usawa P1-P2 = λ(l/d)ρV wastani 2/2 Wapi P1 Na P2 - shinikizo katika Ph.D. mbili sehemu za msalaba, iko kwa mbali l kutoka kwa kila mmoja λ - mgawo upinzani kutegemea Re kwa mtiririko wa laminar λ = 64/Re .