Сұйықтықтың турбулентті қозғалысы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны:
::Кіріспе
::Турбуленттіліктің пайда болуы.
::Әртүрлі факторлардың (қысым градиенті, жылу алмасу,беттік шарттар және т.б)
::Ламинарлық қозғалыстың турбуленттілікке өтуге әсері.
::Қорытынды
::Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.
Турбуленттілік - сұйықтықтың соңғы массасының газ молекулаларына ұқсас ретсіз, бей-берекет, әр түрлі бағытта қозғалуы. Турбулентті қозғалыс кезінде сұйықтықтың бөлшектері өзара араласып, ағынның кез келген нүктесіндегі жылдамдық үнемі белгілі бір орташа мәннің айналасында және оның бағыты, шамасы бойынша да өзгеріп отырады. Бұл құбылыс -- жылдамдық лүпілі, яғни турбуленттілік қозғалысының шын мәніндегі бірқалыпсыз қозғалысы, өйткені оның жылдамдығы үздіксіз әрі үнемі уақыт бойынша ешбір зандылыққа бағынбай өзгеріп отырады. Қарастырылып отырған уақыт мезгіліндегі турбуленттілік ағыс механизмі күрделі жылдамдықтың мұндай ретсіз өзгеруі ағындының бір нүктесінен екінші нүктесіне көшу кезінде де байқалады. Турбуленттік ағыстағы сұйық -- бөлшектерінің қарқынды араласуы және сұйық бөлшектері қозғалыс траекториясының күрделілігімен түсіндіріледі. Сол қозғалыс үстінде олар ағынның бағытынан күрделі траектория бойынша ауытқып отырады. Жьлдамдық пен қысым лүпілі, яғни ағынның әр нүктесінде болып отыратын үздіксіз өзгеріс сұйықтықтың турбуленттілік қозғалысының өзіне тән ерекшелігі ретінде түсіндіріледі. Бұл лүпілдер белгілі бір мөлшерде кездейсоқ сипатқа ие. Жылдамдықтың лүпілдік өзгерісін оның бағыты бойынша өзгеріп отыратын нүктенің уақыт бойынша орташаланған жылдамдығына үстеме ретінде қарастыруға болады. Лүпілдік қозғалыс сұйықтардың іргелес қабаттарының араласуын немесе турбулентті араласу проңесін тудырады. Турбуленттілік лүпіл жиілігі бойынша ажыратылады:

1) жиілігі төмен лүпілдер сызықтық өлшемі ағын тереңдігімен бірдей немесе одан да артық турбуленттік ағынмен қозғалатын анағұрлым ірі құйындар туғызады;
2) жиілігі жоғары лүпілдер кіші құйындардың таралуына байланысты, соңғысы ірі құйындардың ішінде болады және олардың арасындағы бос кеңістікті толықтырады.
Егер ағынның барлық нүктелеріндегі жылдамдық өрісінің орташаланған барлық сипаттамалары бірдей болса, онда турбуленттілік ағыс біртекті деп аталады. Басқаша айтқанда, біртекті турбуленттілік ағыс барлық нүктелердің бірдей жағдайда болуымен сипатталады. Егер жылдамдықтар арасындағы корреляция коэффициенті координатор жүйесін кез келген бағытқа бұрған кезде де өз мәнін сақтап қалатын болса, онда турбуленттілік ағыс изотронды деп аталады. Изотронды турбуленттілік ағыс әр түрлі бағыттардың тепе-тендігімен әрі басым бағыттардың жоқтығымен сипатталады. Сұйықтықтың турбулентті қозғалысы кезінде ағын мынадай екі аймақпен сипатталады:
1) меншікті турбулентті режім;
2) үйкеліс күшінің қатысуымен құйын тудырып, ағынның барлық қабатына таралатын, қабырғаға тікелей жанасатын шекаралық аймақ.
Шекаралық аймақты турбуленттік қозғалысқа рейнольде санының ықтимал мәнінде жүзеге асырады.

Турбуленттілі ағыстың теориясы Г.Н. Абрамович,
Бай-Ши-и, Л.А. Вулис, В.П. Кашкаров, А.С.Гиневский еңбектерінде кеңінен қарастырыла бастаған. Турбуленттіліктің пайда болуы флуктуациялармен байланысты. Үлкен масштабты - гидродинамикалық флуктуацияларды ламинарлы қозғалыстарда ескермеуге болғанымен, турбулентті ағымдарда көп жағдайларда белгілі ерекше рөл атқарады. Гидродинамикалық флуктуацияларды есептеу үшін басқа әдістермен қатар, Ланжевен әдісі қолданылады. Ланжевен негіздерінің теңдігін орнату жағдайлары үшін гидродинамика теңдіктеріне алғаш рет ғылыми өздерінің еңбектерін енгізген Л.Д. Ландау және Е.М. Ливщиц енгізген болатын. Л.Д. Ландау гипотезасына сәйкес турбуленттілік жылдамдықтар мен координаталардың фазалық кеңістігінде шексіз тор бойымен қозғалысының сәйкес және әр түрлі жиіліктері болатын периодтты тербелістердің үлкен жиынтығы түрінде ұсынылған болатын. Турбулентті режимге өтудің өзгеше жолын Д.Рюэль мен Ф. Такенс ұсынған болатын.Олар қозғалыстың фазалық кеңістігіндегі тордың бифуркация үрдісін зерттеді. Жалпы алғанда, математикалық көзқарас бойынша бұл мәселе мынандай теңдіктермен сипатталатын детерминирленген диссипативті жүйелердің эволюциясының анализіне әкеледі.
Турбуленттіліктің пайда болуының бір көрінісі ретінде периодтың екі еселенген бифуркациясының көп ретінен қайталануын байқауға болады. М. Фейгенбауммен ұсынылған теория бифуркациялардың бірінен кейін бірінің тез жүруі соншалықты, олардың тізбектілігі бір параметрге, бір бағытқа тәуелді болатын. Турбуленттіліктің пайда болуы табиғатты және оның бастапқы жүру жолы жайындағы сұрақтарға берілмегеніне қарамастан, оның көрінісі көптеген тәжірибелерді өткізумен дәлелденген.
Тәжірибе ретінде қарастыратын болсақ, тәжірибе жүзінде турбуленттілік электр шәйнектен шыққан бу ағынының соңында байқалуы мүмкін. Турбуленттілікке өтудің сандық шарттарын ағылшын физигі және инженері О.Рейнольдс 1883 жылы құбырлардағы су ағынын зерттеу кезінде тәжірибе жүзінде ашты.Турбуленттілік өзінің әдеттегі мағынасында тұтқырлығы төмен сұйықтықтардың немесе газдардың қабырғаға жақын қабаттарында немесе блеф денелерінің артында біршама алыс қашықтықта пайда болады. Турбуленттілік ортаның іргелес аймақтары бірінің артынан бірі өткенде немесе бірінен соң бірі енгенде, қысымның төмендеуі немесе ауырлық күші болған кезде немесе ортаның учаскелері өтпейтін беттердің айналасында ағып жатқанда өздігінен пайда болады. Ол мәжбүрлі кездейсоқ күш болған кезде пайда болуы мүмкін. Әдетте сыртқы кездейсоқ күш пен ауырлық бір мезгілде әрекет етеді. Мысалы, жер сілкінісі немесе екпінді жел кезінде таудан қар көшкіні түседі, оның ішінде қар ағыны толқынды болады. Ағынның лездік параметрлері (жылдамдық, температура, қысым, қоспалардың концентрациясы) бір уақытта орташа мәндердің айналасында кездейсоқ ауытқиды.
Турбуленттілік зақым келтіруі мүмкін. Бірақ бұл өте сирек кездеседі. Осыған байланысты 1966 жылы жарты ғасыр бұрын болған оқиға жиі айтылады, күшті турбуленттілік Фудзи тауы маңында Boeing 707 ұшағын жыртып тастады, ұшқыш жапондық белгіні жақсырақ көру үшін жақынырақ ұшқысы келді. Бұл жерде желдің екпіні сағатына 140 мильге жетіп, борттағылардың барлығы қаза тапты. Турбуленттілік күшті болса, ұшқыштар бағытты өзгертуге немесе басқа жерге қонуға болады. Бірақ бұл сценарий бойынша да жағдай өте сирек дамиды. Дегенмен, жағдай ұшаққа зиян келтіретіндей ауыр болмауы мүмкін. Әдетте, апатты қону жолаушылардың бірі Қауіпсіздік белдіктерін тақ пәрменін елемегендіктен жасалады және қазір оған шұғыл медициналық көмек қажет.

Әр түрлі факторлардың қысым градиентіне әсері. Ең алдымен градиент деген ұғымға тоқталсақ. Градиент (лат. градіентіс -- адымдаушы) -- қандай да бір кеңістік сипаттамасы шамасының ұзындық бірлігінде өзгеруінің көрсеткіші. Градиент ұғымы мұхиттануда, метеорологияда және т.б. кеңінен пайдаланылады. Мысалы, тұздылық градиенті, теңіз суының тығыздық градиенті, қысым градиенті, температуралық градиент, ылғалдылық градиент, жел жылдамдығының градиенті және т.б. кеңістіктің әрбір нүктесінде мәні өзгеріп отыратын шаманың ең шапшаң өзгеру бағытын көрсететін вектор. Физика метеорология,мұхиттану, гидрология салаларында кеңістіктегі кейбір шаманың ұзындық бірлігіне орын ауыстырғанда өзгеруін көрсету үшін градиент ұғымы кеңінен қолданылады; қысым градиенті, температура градиенті, ылғалдық градиенті, жел жылдамдығының градиенті, тұздылық градиенті, теңіз суы тығыздығының градиенті және т.б. Вирусологияда градиент деп ерітіндінің концентрациясы мен иондық күшінің өзгеруін айтады. Мысалы, сахарозаның, цезийдің, глицериннің тығыздық градиентінде вирустар мен олардың бөлшектерін тазартады, акриламид концентрациясының градиентінде электроферезбен вирус белоктарын ажыратады, ион күшінің градиентінде белоктарды хроматографиялайды
Атмосфералық ғылымда қысым градиенті(әдетте ауаның, бірақ жалпы алғанда кез келген сұйықтықтың) белгілі бір жердің айналасында қысымның қай бағытта және қандай жылдамдықпен ең жылдам өсетінін сипаттайтын физикалық шама.Қысым градиенті вариацияларынан немесе айырмашылықтарынан тұрады Қысым сұйықтықтың ішінде немесе шекарасында болуы мүмкін берілген бағытта. Өз кезегінде қысым дегеніміз - бұл сұйықтықтың (сұйықтықтың немесе газдың) оны қамтитын қабырғаларға немесе шекараға әсер ететін аудан бірлігіне арналған . мәселен,сумен толтырылған бассейнде а бар қысым градиенті төмен қарай тік бағытта оң, өйткені тереңдікке қарай қысым күшейеді. Әр метр тереңдікте (немесид сантиметр, фут, дюйм) қысым сызықты түрде өседі. Алайда, бір деңгейде орналасқан барлық нүктелерде қысым бірдей. Сондықтан, бассейнде қысым градиенті көлденең бағытта нөлге тең (нөл).Мұнай саласында қысым градиенті өте маңызды. Егер тесік түбіндегі қысым жер бетіне қарағанда жоғары болса, онда май оңай шығады. Әйтпесе, қысымның айырмашылығы буды айдау немесе айдау арқылы жасанды түрде жасалуы керек еді. Қысым - градиент күш бетінде қысымның айырмашылық бар нәтижелер екенін күші болып табылады. Мысалы, Жер атмосферасында ауа қысымы жер бетінен жоғары биіктікте төмендейді, осылайша атмосферадағы ауырлық күшіне қарсы тұратын қысым - градиент күшін қамтамасыз етеді. Экваторға күн радиациясының концентраттар түсетін кезде ауаның қысымы мен қысым градиент күшіне айырмашылықтар Жер бетінің тең қыздыру туындаған. Мысалы, төмен ендіктерде энергияның артық болуына байланысты ондағы ауа полюстерге қарағанда жылырақ.
Қысым градиенті екі орын арасындағы қысымның айырмашылығын (Паскальмен) алып, оны екі орын арасындағы қашықтыққа (метрмен) бөлу арқылы математикалық жолмен анықталуы мүмкін.
Сол сияқты, мұнай мен газдағы қысым градиенті дегеніміз не? Кеуекті қысымның градиенті - мұнай және газ ұңғымаларын жерге бұрғылау (салу) үшін бұрғылау бағдарламаларын жобалау кезінде бұрғылау инженерлері мен ерітінді инженерлері пайдаланатын өлшемді петрофизикалық термин.
Сонымен қатар, қалыпты қабат қысымының градиенті қандай?
Гидростатикалық қысым градиенті қабат сұйықтығы қысымының тереңдікпен өзгеру жылдамдығы. Сұйықтықтың тығыздығы қалыпты гидростатикалық градиентте реттеуші фактор болып табылады. АҚШ-тың Жартасты тауларында қабат суының градиенті 0,45 psiфут жиі кездеседі. АҚШ шығанағы жағалауында 0,465 psiфут градиент жиі кездеседі.

Қысым градиентін қалай есептеуге болады?
Теңдеу P = ρgz қысым екенін көрсетеді P сұйықтық бағанының z тереңдігімен сызықтық өседі. Сондықтан, вариация ΔP қысым, тереңдіктің өзгеруіне байланысты болады .Z келесідей:
ΔP = ρgΔz
Сұйықтықтың меншікті салмағы called деп аталатын жаңа шама анықталады:
Y= ρg
Меншікті салмақ Ньютон көлем немесе Н м бірлігінде3. Бұл кезде қысымның өзгеруінің теңдеуі:ΔP = γ .ZБұл қысым градиенті.Енді біз статикалық жағдайда сұйықтықтың қысым градиенті тұрақты болатыны және оның меншікті салмағына тең екендігін көреміз.Қысым градиентінің өлшем бірліктері меншікті салмағымен бірдей, бірақ оларды Халықаралық жүйеде Паскаль метр деп қайта жазуға болады. Енді градиенттің интерпретациясын басында анықталғандай, бірлік ұзындығына қысымның өзгеруі ретінде елестетуге болады.20 ºC температурадағы судың меншікті салмағы 9,8 килоПаскаль м немесе 9800 Па м құрайды.
Бұл дегеніміз:Су бағанына түскен әрбір метр үшін қысым 9800 Па-ға артады
Жылу алмасу- қыздырылған денелер арасында жылу шығару, конвекция, жылу өткізгіштік, т.б. жылу беру түрлері арқылы жылу алмасу.

ЖЫЛУ АЛМАСУ - температураның өзгерісінен туындайтын жылу тасымалының өз еркімен өтетін қайтымсыз үрдісі. Жалпы жағдайда жылу тасымалы өзгедей физикалық шамалар өрістерінің біртексіз болуы себепті де пайда болады, мысалы, шоғырланудың өзгерісі - Дюфур эффектісі. Жылудың қызуы мол денеден қызуы кем денеге таралуы. Жылу алмасу жылу өткізгіштік, конвекция, жылулық сәулелік жылу алмасу, фазалық түрлендірулер кезіндегі жылу алмасу деген үрдістерге ажыратылған; іс жүзінде жылу алмасу көбінесе бірнеше түрмен тікелей жүзеге асырылады. Жылу алмасу табиғатта (мысалы, жұлдыздар мен ғаламшарлардың эволюциясы, Жер бетіндегі метеорологиялық үрдістер, т.б.), техникада және тұрмыста көптеген үрдістерді анықтайды немесе қабаттасып өтеді. Көптеген жағдайда, мысалы, кептіру үрдісін, буландырып салқындату, диффузияны зерттеулер кезінде жылу алмасу масса алмасумен бірлестіріліп қарастырылады. Екі жылу тасығыш (газбен, сұйықпен) арасында оларды бір-бірінен ажыратып тұрған қатты қабырғалар немесе олардың арасын бөліп тұрған беттер арқылы жылу алмасу жылу беру деп аталған.
Сонымен, жылу алмасу: 1) макроскопиялық жұмыс істелместен бір денеден екінші денеге энергияның берілуіне әкеп соқтыратын микробөлшектердің бейберекет (ретсіз) қозғалысына байланысты болатын микроскопиялық үрдістердің жиынтығы; 2) температура градиентінің (өсуінің немесе төмендеуінің) салдарынан жылудың өз еркімен қайтымсыз тасымалдану үрдісі болып табылады.
Конвекциялық жылу алмасу - жылу алмасудың конвекция арқылы жүзеге асуы.
Сәулелік жылу алмасу - сәуле шығару арқылы жылу алмасу.
Радиациялық-конвекциялық жылу алмасу - конвекциялық және сәуле шығарумен бірлескен әсерлер арқылы жүзеге асырылатын жылу алмасу.
Әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі жылу алмасу процесі деп аталады. Жылу алмасу процестерінің қозғаушы күші-ыстық және суық денелердің температураларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің әсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арасындағы жылу алмасу еркіні электрондар, атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы арқасында болады. Жылу алмасуда қатнасатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп атайды.
Жылу процестеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Көптеген масса алмасу мысалы, айдау, кептіру және т.б процестердің өтуінде бұл процестердің манызы үлкен.
Жылу таратудың негізгі үш түрлі тәсілі бар: жылу өткізгіштік, жылулы сәуле шығару және конвекция.Жылу өткізгіштік. Бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылу өту процесі жылу өткізгіштік-деп аталады. Бұл қозғалыс газдар және тамшылы сүйықтарда молекулалардың қозғалысы қатты денелерде кристалдық тордағы атомдардың тербелісі немесе металдардағы еркін электрондар диффузиясы болуы мүмкін. Қатты денелердің жылу таратуының негізгі түрі жылу өткізгіштік болады.Конвекция. Газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы конвекция деп аталады. Конвекцияның екі түрі болады: 1) еркін немесе табиғи; 2) еріксіз. Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі нүктелеріндегі тампературалар айырмашылығы салдарынан осы нүктелердегі тығыздықтар айырмасының нәтижесінде болатын жылуалмасуды еркін немесе табиғи ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.