Wat ass den Ënnerscheed tëscht engem onbestänneg oder onbestänneg Stroum vun enger Flëssegkeet an engem turbulente Flux vun enger Flëssegkeet?


beäntweren 1:

Gutt Fro. Déi folgend Beschreiwung ass eng zouverléisseg vereinfacht Erklärung vun engem extrem komplexen an komplizéierten Thema. an een deen derwäert ass méi no ze studéieren.

Wann Dir schwätzt vu Flowentypen, schwätzt Flëssegdynamik normalerweis op Flowregime. E Flossregime kann ugesi ginn als eng Zort Flux, déi universell ass an allgemeng Attributer a mathematesch Beschreiwunge iwwer all spezifesch Ausféierungen deelt. Déi zwee meescht allgemeng Flowregime si Laminarflow an turbulenten Floss. Allgemeng erschéngen laminär Flëss glat a gläichméisseg, wärend turbulent Flëss diskontinu sinn, wirbeleg, an net periodesch.

E puer vun den éischte wëssenschaftleche Studien iwwer d'Ënnerscheeder an d'Ursaache vun dësen zwou Flëssentypen goufen vum Osborne Reynolds am spéide 19. Joerhonnert duerchgefouert a kulminéiert a sengem Pabeier iwwer "D'Dynamesch Theorie vun onkompriméierbare viskose Flëssegkeeten an" D'Bestëmmung vum Kritär ".

Seng Studien a fréiere Studien vum George Stokes hunn d'Definitioun vun enger dimensiounsloser Zuel ginn, déi ganz erfollegräich korreléiert sinn mat ob e Flow laminär oder turbulent ass.

Duerch dës an aner Studien huet et fonnt datt Flëss, déi deelweis duerch niddereg Reynolds Wäerter definéiert goufen, laminär Flëss gewisen hunn, während Flëss, déi duerch héich Reynolds Wäerter definéiert goufen, turbulent Verhalen weisen. E Beispill vun dëser Ofhängegkeet kann an der folgender Figur gesi ginn fir de Flow op engem zweedimensionalen Zylinder.

iwwer Phyiscs.info

Ier mer kucken wat an dësem groe Beräich tëscht laminäre an turbulentenem Floss geschitt, wat allgemeng als laminar-turbulent Iwwergangs bezeechent gëtt, solle mir formell "onbestänneg Flow" definéieren. Onbestänneg Flow ass all Flux deen eng Zäit Ofhängegkeet huet. Mathematesch sinn onbestänneg Staatfloss déi déi wou déi partiell Derivatioun vum Geschwindegkeetsfeld mat Bezuch op Zäit net-Null ass an den Navier-Stokes Equatiounen ënnendrënner:

Fir Laminarflëss ass dës Derivat Null an de Flow ass stabil.

Fir e bestëmmte Flow Beispill kann den Iwwergang vu laminäre bis turbulenten Floss iwwer eng breet Palette vu Reynolds Zuelen optrieden, awer mir behalen dat zweedimensional Zylinder Beispill fir Einfachheet. Op Reynolds Wäerter tëscht 100 an 1000 mir bemierken Ännerungen am Flossverhalen. Als éischt gëtt de Flow getrennt vum Zylinder a Vervicer entstinn op der ënneschter Säit vum Zylinder. Wéi d'Zuel vun de Reynolds eropgeet, trennen dës Vervicer a bilden e periodesche Flossstaat bekannt als Karman vortex Strooss (kuckt d'Figur hei ënnen).

Iwwer Cesareo de La Rosa Siqueira

Wéi de Lieser ka gesinn, ass dëse Flux offensichtlech onbestänneg well se periodesch an der Zäit ass, awer och net turbulent. Sou e periodesche Flux ass e dacks observéierte Schrëtt am Iwwergang vu laminärem zu turbulentenem Flow, en extrem komplizéierte Prozess dee momentan net voll verstan ass. Et ass offensichtlech datt Iwwergangsfloss, wéi hei beschriwwen, charakteristesch Stadien hunn a wahrscheinlech d'Resultat vun der Instabilitéit vun den Navier-Stokes Equatiounen an hiert Verhalen als chaotesch, net-linear, dynamesch System. Et ass bekannt datt och einfache dynamesche Systemer Iwwergäng vun engem Zäitstabiliséieren zu engem onbestänneg Verhalen déi bemierkbar un dat richtegt Iwwergangsverhalen vum Flëssegkeetsstroum erënneren, mat der Aarbecht vum David Ruelle a Floris Takens de bekanntste Bestriewen, sou eng mathematesch Beschreiwung vum chaotesche Wee Turbulenzen ze fannen.


beäntweren 2:

Betruecht e Beispill: Flow an engem kreesfërmegen Tube. Loosst eis den x Komponent vun der Geschwindegkeet (u) beim Punkt P (soen) beobachten

Onbestänneg Flow (wéi den Numm selwer scho seet) ass de Flux, d'Charakteristike vun deenen iwwer Zäit variéieren. An de konstante Stroum ass de Floss deem seng Eegeschaften net iwwer Zäit änneren.

D'laminär Floss kann entweder kontinuéierlech sinn (Fig. A) oder diskontinéierend (Fig. B).

Streng gesinn ass den turbulenten Floss ëmmer iergendwéi onbestänneg (Fig. C) well et zu onregelméissegen, onregelméissegen a schnelle Schwankungen an de Flowegenschafte vun der Flëssegkeet mat der Zäit wéinst inertialen Stéierunge féiert.

Turbulent Flëss kënnen awer als statistesch stabil turbulent Flëss behandelt ginn (nëmmen an engem statistesche Sënn, well d'mëttelméisseg Flëssegeschafte net iwwer Zäit änneren) a statistesch onbestänneg turbulent Flëss (mëttlere Fluxeegenschaften ännere sech mat der Zäit), kuckt Figur Och wann den turbulenten Stroum vun Natur ass ass zoufälleg an inkonsistent, de mëttlere Flux kann kontinuéierlech oder inkonsistent sinn.

Zesummegefaasst, e turbulente Flux ass iergendwéi en onbestännege Flux, awer statistesch kann et entweder stationär oder onbestänneg behandelt ginn.

Hoffen dat hëlleft!


beäntweren 3:

Betruecht e Beispill: Flow an engem kreesfërmegen Tube. Loosst eis den x Komponent vun der Geschwindegkeet (u) beim Punkt P (soen) beobachten

Onbestänneg Flow (wéi den Numm selwer scho seet) ass de Flux, d'Charakteristike vun deenen iwwer Zäit variéieren. An de konstante Stroum ass de Floss deem seng Eegeschaften net iwwer Zäit änneren.

D'laminär Floss kann entweder kontinuéierlech sinn (Fig. A) oder diskontinéierend (Fig. B).

Streng gesinn ass den turbulenten Floss ëmmer iergendwéi onbestänneg (Fig. C) well et zu onregelméissegen, onregelméissegen a schnelle Schwankungen an de Flowegenschafte vun der Flëssegkeet mat der Zäit wéinst inertialen Stéierunge féiert.

Turbulent Flëss kënnen awer als statistesch stabil turbulent Flëss behandelt ginn (nëmmen an engem statistesche Sënn, well d'mëttelméisseg Flëssegeschafte net iwwer Zäit änneren) a statistesch onbestänneg turbulent Flëss (mëttlere Fluxeegenschaften ännere sech mat der Zäit), kuckt Figur Och wann den turbulenten Stroum vun Natur ass ass zoufälleg an inkonsistent, de mëttlere Flux kann kontinuéierlech oder inkonsistent sinn.

Zesummegefaasst, e turbulente Flux ass iergendwéi en onbestännege Flux, awer statistesch kann et entweder stationär oder onbestänneg behandelt ginn.

Hoffen dat hëlleft!


beäntweren 4:

Betruecht e Beispill: Flow an engem kreesfërmegen Tube. Loosst eis den x Komponent vun der Geschwindegkeet (u) beim Punkt P (soen) beobachten

Onbestänneg Flow (wéi den Numm selwer scho seet) ass de Flux, d'Charakteristike vun deenen iwwer Zäit variéieren. An de konstante Stroum ass de Floss deem seng Eegeschaften net iwwer Zäit änneren.

D'laminär Floss kann entweder kontinuéierlech sinn (Fig. A) oder diskontinéierend (Fig. B).

Streng gesinn ass den turbulenten Floss ëmmer iergendwéi onbestänneg (Fig. C) well et zu onregelméissegen, onregelméissegen a schnelle Schwankungen an de Flowegenschafte vun der Flëssegkeet mat der Zäit wéinst inertialen Stéierunge féiert.

Turbulent Flëss kënnen awer als statistesch stabil turbulent Flëss behandelt ginn (nëmmen an engem statistesche Sënn, well d'mëttelméisseg Flëssegeschafte net iwwer Zäit änneren) a statistesch onbestänneg turbulent Flëss (mëttlere Fluxeegenschaften ännere sech mat der Zäit), kuckt Figur Och wann den turbulenten Stroum vun Natur ass ass zoufälleg an inkonsistent, de mëttlere Flux kann kontinuéierlech oder inkonsistent sinn.

Zesummegefaasst, e turbulente Flux ass iergendwéi en onbestännege Flux, awer statistesch kann et entweder stationär oder onbestänneg behandelt ginn.

Hoffen dat hëlleft!