Laminārā plūsma pret turbulento plūsmu
Šķidruma dinamika ir svarīga klasiskās fizikas sastāvdaļa, un lietojumi ir no apūdeņošanas līdz cilvēka fizioloģijai. Tam ir ievērojams inženierijas ieguldījums kosmosa, jūras, apūdeņošanas, hidraulikas un daudzās citās disciplīnās.
Šķidruma plūsma dažādos stāvokļos atšķiras, un analīzes ērtībai plūsma tiek iedalīta dažādos režīmos, kur šķidruma īpašības, piemēram, ātrums, spiediens, blīvums un viskozitāte, raksturo katru režīmu. Turbulentā un laminārā plūsma ir divas galvenās plūsmas režīmu klases.
Kas ir laminārā plūsma?
Kad šķidruma daļiņas plūst, nekrustojot viena otras ceļus, un daļiņas ātrums vienmēr ir tangenciāls daļiņas ceļam, tiek uzskatīts, ka plūsma ir plūstoša. Kad notiek racionāla plūsma, šķidruma daļiņu slāņiem ir tendence slīdēt pāri blakus esošajām daļiņām, netraucējot citu kustību, un tas notiek šķidruma plūsmas slāņos vai slāņos. Šāda plūsma ir pazīstama kā laminārā plūsma. Lamināra plūsma vai plūsmas līnija rodas, ja šķidruma ātrums ir salīdzinoši zems.
Laminārā plūsmā slānim, kas saskaras ar nekustīgu virsmu, ir nulles ātrums, un virsmai perpendikulārā virzienā slāņu ātrumam ir tendence palielināties. Turklāt ātrums, spiediens, blīvums un citas šķidruma dinamiskās īpašības paliek nemainīgas katrā plūsmas telpas punktā.
Reinoldsa skaitlis norāda, cik labi šķidrums var pakļaut lamināro plūsmu. Ja Reinoldsa skaitlis ir zems, plūsmai ir tendence būt laminārai, un viskozie spēki ir dominējošā mijiedarbības forma starp slāņiem. Ja Reinoldsa skaitlis ir augsts, plūsmai ir tendence būt turbulentai, un inerces spēki ir dominējošā mijiedarbības forma starp slāņiem.
Kas ir turbulentā plūsma?
Ja šķidruma īpašības plūsmā strauji mainās laika gaitā, t.i., ja ātruma, spiediena, blīvuma un citu plūsmas īpašību izmaiņas liecina par nejaušām un patvaļīgām izmaiņām, plūsmu sauc par turbulentu plūsmu.
Šķidruma plūsmai vienmērīgā cilindriskā caurulē ar ierobežotu garumu, kas pazīstama arī kā Puaza plūsma, plūsmā būs turbulence, kad Reinoldsa skaitlis sasniegs kritisko skaitli 2040. Tomēr parasti plūsma var nebūt nepārprotama būt nemierīgam, ja Reinoldsa skaitlis ir lielāks par 10000.
Turbulentu plūsmu raksturo tās nejaušības raksturs, difūzija un virpuļi. Plūsmā ir virpuļi, šķērsstrāvas un virpuļi.
Kāda ir atšķirība starp lamināro un turbulento plūsmu?
• Laminārajā plūsmā plūsma notiek ar mazu ātrumu un zemu Reinoldsa skaitli, savukārt turbulences plūsma notiek ar lielu ātrumu un augstu Reinoldsa skaitli.
• Laminārajā plūsmā šķidruma līniju ceļš ir regulārs un racionāls, kur nav šķidruma ceļu sānu traucējumu un šķidrums plūst slāņos. Turbulentā plūsmā plūsmas modelis ir neregulārs un haotisks, kur rodas virpuļi, virpuļi un šķērsstrāvas.
• Laminārajā plūsmā šķidruma īpašības telpas punktā paliek nemainīgas laika gaitā, savukārt turbulentā plūsmā šķidruma īpašības punktā ir stohastiskas.
