В чем разница между нестационарным или нестационарным течением жидкости и турбулентным течением жидкости?


Ответ 1:

Отличный вопрос Приведенное ниже описание является, по общему признанию, упрощенным объяснением чрезвычайно сложного и запутанного предмета; и тот, который весьма полезен для более глубокого изучения.

Говоря о типах потоков, гидродинамики обычно ссылаются на режимы потока. Можно рассматривать режим потока как тип потока, который является универсальным, разделяющим общие атрибуты и математические описания во всех конкретных вариантах осуществления. Двумя наиболее распространенными режимами потока являются ламинарный поток и турбулентный поток. Вообще говоря, ламинарные потоки кажутся устойчивыми и гладкими, а турбулентные потоки кажутся нестационарными, закрученными и непериодическими.

Некоторые из самых первых научных исследований различий и причин возникновения этих двух типов потоков были проведены Осборном Рейнольдсом в конце 1800-х годов, кульминацией которого стал его трактат на тему «О динамической теории несжимаемых вязких жидкостей и Определение критерия ».

Из его исследований и более ранних исследований Джорджа Стокса пришло определение безразмерного числа, которое было очень успешно коррелировано с тем, является ли поток ламинарным или турбулентным, число Рейнольдса, выражающее отношение сопротивления инерции к вязкому сопротивлению для текучей жидкости ,

Благодаря этим исследованиям и другим исследованиям стало ясно, что потоки, определенные частично # с низким числом Рейнольдса, демонстрировали ламинарный поток, в то время как потоки, определяемые # с высоким числом Рейнольдса, проявляли турбулентное поведение. Пример этой зависимости можно увидеть на рисунке ниже для обтекания двумерного цилиндра.

через Phyiscs.info

Прежде чем мы перейдем к тому, что происходит в этой серой области между ламинарным и турбулентным потоками, обычно называемой ламинарно-турбулентным переходом, мы должны формально определить «неустановившийся поток». Нестационарный поток - это любой поток, который имеет зависимость от времени. Говоря математически, к нестационарным потокам относятся те, в которых частная производная поля скорости по времени в уравнениях Навье-Стокса, показанных ниже, не равна нулю:

Для ламинарных течений эта производная равна нулю и поток устойчивый.

Для любого конкретного примера потока переход от ламинарного к турбулентному потоку может происходить в широком диапазоне чисел Рейнольдса, но для удобства мы будем придерживаться примера с двумерным цилиндром. При числах Рейнольдса между 100 и 1000 мы начинаем видеть изменения в поведении потока. Во-первых, поток отделяется от цилиндра, создавая рециркулирующие вихри на выходной стороне цилиндра. По мере того как число Рейнольдса продолжает расти, эти вихри отсоединяются и образуют периодическое состояние потока, известное как вихревая улица фон Кармана, представленное ниже.

Виа Чезарео де ла Роса Сикейра

Как может видеть читатель, этот поток, очевидно, является неустойчивым, поскольку он периодичен во времени, но также не является турбулентным. Такой периодический поток является одним из этапов, часто наблюдаемых при переходе от ламинарного к турбулентному потоку, чрезвычайно сложному процессу, который в настоящее время не до конца понят. Что очевидно, так это то, что переходные потоки имеют характерные стадии, как описано здесь, и, скорее всего, являются результатом неустойчивости уравнений Навье-Стокса и их поведения как хаотической, нелинейной, динамической системы. Хорошо известно, что даже простые динамические системы претерпевают переходы от нестационарного к нестационарному поведению, удивительно напоминающему о переходном поведении реального потока жидкости, а работа Дэвида Рюэлла и Флориса Такенса является самым известным стремлением к такому математическому описанию хаотического пути к турбулентность.


Ответ 2:

Рассмотрим пример: поток в круглой трубе. Будем следить за x-компонентой скорости (u) в точке P (скажем)

Нестабильный поток (как предполагает само название) - это поток, свойства которого меняются со временем. А устойчивый поток - это поток, свойства которого не меняются со временем.

ламинарный поток может быть либо устойчивым (рис. А), либо неустойчивым (рис. Б)

Строго говоря, турбулентный поток всегда является по своей природе неустойчивым (рис. С), поскольку он включает случайные нерегулярные быстрые изменения свойств потока жидкости с течением времени из-за инерционных возмущающих сил.

Но турбулентные потоки, тем не менее, могут рассматриваться как статистически устойчивый турбулентный поток (только в статистическом смысле, что средние характеристики потока не изменяются во времени) и статистически неустойчивый турбулентный поток (средние характеристики потока меняются со временем), см. Рисунок ниже. Хотя турбулентный поток по своей природе является случайным и нестационарным, средний поток может быть устойчивым или нестационарным.

В заключение следует отметить, что турбулентный поток по своей природе является нестационарным, однако в статистическом смысле его можно рассматривать как устойчивый или нестационарный.

Надеюсь это поможет!!!


Ответ 3:

Рассмотрим пример: поток в круглой трубе. Будем следить за x-компонентой скорости (u) в точке P (скажем)

Нестабильный поток (как предполагает само название) - это поток, свойства которого меняются со временем. А устойчивый поток - это поток, свойства которого не меняются со временем.

ламинарный поток может быть либо устойчивым (рис. А), либо неустойчивым (рис. Б)

Строго говоря, турбулентный поток всегда является по своей природе неустойчивым (рис. С), поскольку он включает случайные нерегулярные быстрые изменения свойств потока жидкости с течением времени из-за инерционных возмущающих сил.

Но турбулентные потоки, тем не менее, могут рассматриваться как статистически устойчивый турбулентный поток (только в статистическом смысле, что средние характеристики потока не изменяются во времени) и статистически неустойчивый турбулентный поток (средние характеристики потока меняются со временем), см. Рисунок ниже. Хотя турбулентный поток по своей природе является случайным и нестационарным, средний поток может быть устойчивым или нестационарным.

В заключение следует отметить, что турбулентный поток по своей природе является нестационарным, однако в статистическом смысле его можно рассматривать как устойчивый или нестационарный.

Надеюсь это поможет!!!


Ответ 4:

Рассмотрим пример: поток в круглой трубе. Будем следить за x-компонентой скорости (u) в точке P (скажем)

Нестабильный поток (как предполагает само название) - это поток, свойства которого меняются со временем. А устойчивый поток - это поток, свойства которого не меняются со временем.

ламинарный поток может быть либо устойчивым (рис. А), либо неустойчивым (рис. Б)

Строго говоря, турбулентный поток всегда является по своей природе неустойчивым (рис. С), поскольку он включает случайные нерегулярные быстрые изменения свойств потока жидкости с течением времени из-за инерционных возмущающих сил.

Но турбулентные потоки, тем не менее, могут рассматриваться как статистически устойчивый турбулентный поток (только в статистическом смысле, что средние характеристики потока не изменяются во времени) и статистически неустойчивый турбулентный поток (средние характеристики потока меняются со временем), см. Рисунок ниже. Хотя турбулентный поток по своей природе является случайным и нестационарным, средний поток может быть устойчивым или нестационарным.

В заключение следует отметить, что турбулентный поток по своей природе является нестационарным, однако в статистическом смысле его можно рассматривать как устойчивый или нестационарный.

Надеюсь это поможет!!!