Jaký je rozdíl mezi nestálým nebo nestálým tokem tekutiny a turbulentním tokem tekutiny?


Odpověď 1:

Skvělá otázka. Níže uvedený popis je sice zjednodušeným vysvětlením extrémně složitého a složitého předmětu; a ten, který se vyplatí studovat hlouběji.

Když mluvíme o typech toků, dynamici tekutin se obvykle odvolávají na režimy toku. Lze si představit režim toku jako typ toku, který je univerzální a sdílí obecné atributy a matematické popisy ve všech konkrétních provedeních. Dva nejběžnější režimy průtoku jsou laminární tok a turbulentní tok. Obecně lze říci, že laminární toky se zdají stabilní a hladké, zatímco turbulentní toky se zdají nestabilní, vířící a neperiodické.

Některá z prvních vědeckých zkoumání rozdílů mezi těmito dvěma typy toků a jejich příčin vedla Osborne Reynolds na konci 18. století a vyvrcholila jeho pojednáním o tomto tématu: „Na dynamické teorii nestlačitelných viskózních tekutin a stanovení kritéria “.

Z jeho studií a dřívějších studií George Stokse vycházela definice bezrozměrného čísla, které velmi úspěšně korelovalo s tím, zda je tok laminární nebo turbulentní, Reynoldsovo číslo vyjadřující poměr setrvačné rezistence k viskózní rezistenci pro tekoucí tekutinu .

Prostřednictvím těchto studií a dalších, které následují, se stalo dobře známým, že toky definované částečně nízkými Reynoldsovými "#" vykazovaly laminární toky, zatímco toky definované "vysokými Reynoldsovými" projevovaly turbulentní chování. Příklad této závislosti lze vidět na obrázku níže pro proudění kolem dvourozměrného válce.

přes Phyiscs.info

Než se dostaneme k tomu, co se děje v šedé oblasti mezi laminárními a turbulentními proudy, běžně označovanými jako laminární turbulentní přechod, měli bychom formálně definovat „nestálý tok“. Nestabilní tok je jakýkoli tok, který vykazuje časovou závislost. Matematicky řečeno, nestabilní toky jsou ty, kde částečná derivace rychlostního pole s ohledem na čas v níže uvedených rovnicích Navier-Stokse není rovna nule:

U laminárních toků je tento derivát roven nule a tok je stálý.

Pro jakýkoli konkrétní příklad toku může dojít k přechodu z laminárního na turbulentní proudění napříč širokým rozsahem Reynoldsových čísel, ale pro větší pohodlí se budeme držet příkladu 2-rozměrného válce. V Reynoldsových # mezi 100 a 1000 začneme vidět změny v chování toku. Nejprve se tok odděluje od válce a vytváří recirkulační víry na spodní straně válce. Jak se Reynoldsův počet neustále zvyšuje, tyto víry se oddělí a vytvoří stav periodického toku známý jako von Karmanova vírová ulice, vizualizovaná níže.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Jak čtenář vidí, tento tok je zjevně nestálý, protože je periodický v čase, ale není ani turbulentní. Takový periodický tok je jedním krokem často pozorovaným při přechodu z laminárního na turbulentní tok, což je mimořádně komplikovaný proces, který v současné době není zcela pochopen. Je zřejmé, že přechodné toky sdílejí charakteristické fáze, jak je zde popsáno, a jsou pravděpodobně výsledkem nestability Navier-Stokesových rovnic a jejich chování jako chaotického, nelineárního, dynamického systému. Je známo, že i jednoduché dynamické systémy procházejí přechodem od časově stálého k nestálému chování pozoruhodně připomínajícím skutečné chování při proudění tekutin, přičemž práce Davida Ruella a Florise je nejslavnější snahou o takový matematický popis chaotické cesty k turbulence.


Odpověď 2:

Uvažujme příklad: Tok v kruhové trubce. Sledujme x-složku rychlosti (u) v bodě P (řekni)

Nestabilní tok (jak sám název napovídá) je tok, jehož vlastnosti se mění w.r.t čas. A stálý tok je tok, jehož vlastnosti se nemění w.r.t čas.

laminární proudění může být buď stabilní (obr. A) nebo nestálé (obr. B)

Přísně vzato, turbulentní tok je vždy inherentně nestálý (obr. C), protože zahrnuje náhodné nepravidelné rychlé změny vlastností toku tekutiny w.r.t čas v důsledku setrvačných rušivých sil.

Ale s turbulentními toky lze nicméně zacházet jako se statisticky stabilním turbulentním tokem (pouze ve statistickém smyslu, že se střední hodnoty průtoku nemění v průběhu času) a statisticky nestálým turbulentním tokem (střední hodnoty průtoku se v průběhu času mění), viz obrázek níže. Ačkoli turbulentní tok je ze své podstaty náhodný a nestabilní, střední průtok může být stálý nebo nestabilní.

Závěrem lze říci, že turbulentní tok je neodmyslitelně nestálý, avšak ve statistickém smyslu může být považován za stálý nebo nestabilní.

Snad to pomůže!!!


Odpověď 3:

Uvažujme příklad: Tok v kruhové trubce. Sledujme x-složku rychlosti (u) v bodě P (řekni)

Nestabilní tok (jak sám název napovídá) je tok, jehož vlastnosti se mění w.r.t čas. A stálý tok je tok, jehož vlastnosti se nemění w.r.t čas.

laminární proudění může být buď stabilní (obr. A) nebo nestálé (obr. B)

Přísně vzato, turbulentní tok je vždy inherentně nestálý (obr. C), protože zahrnuje náhodné nepravidelné rychlé změny vlastností toku tekutiny w.r.t čas v důsledku setrvačných rušivých sil.

Ale s turbulentními toky lze nicméně zacházet jako se statisticky stabilním turbulentním tokem (pouze ve statistickém smyslu, že se střední hodnoty průtoku nemění v průběhu času) a statisticky nestálým turbulentním tokem (střední hodnoty průtoku se v průběhu času mění), viz obrázek níže. Ačkoli turbulentní tok je ze své podstaty náhodný a nestabilní, střední průtok může být stálý nebo nestabilní.

Závěrem lze říci, že turbulentní tok je neodmyslitelně nestálý, avšak ve statistickém smyslu může být považován za stálý nebo nestabilní.

Snad to pomůže!!!


Odpověď 4:

Uvažujme příklad: Tok v kruhové trubce. Sledujme x-složku rychlosti (u) v bodě P (řekni)

Nestabilní tok (jak sám název napovídá) je tok, jehož vlastnosti se mění w.r.t čas. A stálý tok je tok, jehož vlastnosti se nemění w.r.t čas.

laminární proudění může být buď stabilní (obr. A) nebo nestálé (obr. B)

Přísně vzato, turbulentní tok je vždy inherentně nestálý (obr. C), protože zahrnuje náhodné nepravidelné rychlé změny vlastností toku tekutiny w.r.t čas v důsledku setrvačných rušivých sil.

Ale s turbulentními toky lze nicméně zacházet jako se statisticky stabilním turbulentním tokem (pouze ve statistickém smyslu, že se střední hodnoty průtoku nemění v průběhu času) a statisticky nestálým turbulentním tokem (střední hodnoty průtoku se v průběhu času mění), viz obrázek níže. Ačkoli turbulentní tok je ze své podstaty náhodný a nestabilní, střední průtok může být stálý nebo nestabilní.

Závěrem lze říci, že turbulentní tok je neodmyslitelně nestálý, avšak ve statistickém smyslu může být považován za stálý nebo nestabilní.

Snad to pomůže!!!