Lamināra plūsma

Vikipēdijas lapa
Jump to navigation Jump to search
Sfēra Stoksa plūsmā ar ļoti zemu Reinoldsa skaitli. Uz objektu, kas pārvietojas caur šķidrumu, iedarbojas pretestības spēks virzienā, kas ir pretējs tā kustībai

Šķidruma dinamikā laminārā plūsma rodas, kad šķidrums plūst paralēlā slānī bez traucējumiem starp slāņiem. Zemos ātrumos šķidrumam ir tendence plūst bez sānu sajaukšanās, un blakus esošie slāņi slīd cits citam garām kā spēļu kārtis. Nav šķērsstraumes, kas ir perpendikulāra plūsmas virzienam, kā arī virpuļvietas vai šķidruma virpuļi. lamināra plūsmā šķidruma daļiņu kustība ir ļoti regulēta, un daļiņas ir tuvu cietai virsmai, kas kustas paralēli šai virsmai. Lamināra plūsma ir plūsmas režīms, ko raksturo augsta plūsmas plūsma un zems plūsmas ātrums.

Ja šķidrums plūst caur slēgtu kanālu, piemēram, cauruli, vai starp divām plakanām plāksnēm, atkarībā no šķidruma ātruma un viskozitātes var rasties viens no diviem plūsmas veidiem: laminārā plūsma vai turbulenta plūsma. Laminārā plūsma parasti notiek zem sliekšņa, pie kura tā kļūst turbulenta. Turbulenta plūsma ir mazāk sakārtots plūsmas režīms, ko raksturo netīrumi vai nelielas šķidruma daļiņu paketes.

Sakarība starp spiediena kritumu un plūsmu un tas ātrumu Laminārā plūsmā ir tieši proporcionāla (lineāra).

Gāzes plūsmai lielākas spiediena starpības gadījumā linearitāte gan ir tikai aptuvena.

Laminārā plūsma ir parasta eļļas hidraulikā, respektīvi, statiskās hidroiekārtās. Tā iespējama arī zemspiediena pneimoiekārtās. Turpretim ūdens hidraulikā un parastā spiediena pneimoiekārtās galvenā nozīme ir turbulentai plūsmai.

Reinoldsa eksperiments ar dūmu plūsmu[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Mierīgā dienā bez vēja dūmi no skursteņa izskatās kā viena līnija. Tomēr kad vējš ir stiprs, tiek traucēti dūmi un virpuļo vai izkliedējas perifērajā gaisā. Kāds cilvēks, kas sistemātiski pētīja šādu plūsmu, bija Osborns Reinoldss. Krāsains šķidrums veda uz stikla caurules ieeju. Kad rokturi pakāpeniski atvēra vārsts, ieplūda krāsains šķidrums, kā diega gabals, nesajaucot ar perifēro ūdeni. Kad ūdens plūsmas ātrums caurulē sasniedza noteiktu vērtību, viņš novērojis, ka krāsainā šķidruma līnija pēkšņi kļuva vētraina, sajaucoties ar perifēro ūdeni. Pirmo plūsmu viņš nosauca par lamināro plūsmu, otro — par turbulentu plūsmu, bet plūsmas ātrumu — par to, ka laikā, kad lamināra plūsma bija pagriezusies, lai turbulentu ieplūstu kritiskais ātrums. Šeit, kad vien ūdens ir atļauts plūst ar mazu ātrumu, nedaudz atverot krānu, ūdens plūst ārā vienmērīgi ar tā virsmu laminārā stāvoklī. Bet, kad krāns pakāpeniski tiek atvērts, lai ļautu palielināties ūdens ātrumam, plūsma kļūst turbulenta un necaurredzama ar nelīdzenu virsmu.[1]

Relācija ar Reinoldsa skaitli[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Plūsmas veids, kas rodas šķidrumā kanālā, ir svarīgs šķidruma-dinamikas problēmās un pēc tam ietekmē siltuma pārvadi un masas pārvadi šķidruma sistēmās. Bezdimensionālais skaitlis Reinoldsa skaitlis ir svarīgs parametrs vienādojumos, kas apraksta, vai pilnībā attīstīti plūsmas apstākļi rada lamināru vai turbulentu plūsmu. Reinoldsa skaitlis ir inerciālais spēks attiecība pret Swatch stress (slēgšanas spiedienu)] no šķidruma sistēmas skalas. Laminēta plūsma parasti rodas, ja šķidrums kustas lēni vai ir ļoti viskozs. Tā kā Reinoldsa skaitlis palielinās, piemēram, palielinot šķidruma plūsmas ātrumu, plūsma pāries no lamināra uz turbulentu plūsmu noteiktā Reinoldsa skaitļu diapazonā, lamināras—turbulentas pārejas diapazons ir atkarīgs no neliela traucējuma līmeņa šķidrumā vai plūsmas sistēmas nepilnībām. Ja Reinoldsa skaitlis ir ļoti mazs, daudz mazāks par 1, tad šķīdumā parādās Stoksa plūsma (Stokes flow), kur viskozie šķidruma spēki dominē inerciālajos spēkos.

Specifiskais Reinoldsa skaitļa aprēķins un vērtības, kurās notiek laminārā plūsma, ir atkarīgas no plūsmas sistēmas ģeometrijas un plūsmas modeļa. Parastais piemērs ir plūsmas kondicionēšanas upuru plūsma caur cauruli, kur Reinoldsa skaitlis ir definēts kā:

.[2]

Šķidruma sistēmām, kas rodas uz ārējām virsmām, piemēram, šķidrumā apstādinātajām plūsmām, citas Reinoldsa skaitļu definīcijas var izmantot, lai prognozētu plūsmas veidu ap objektu. Piemēram, daļiņu Reinoldsa skaitam Re varētu izmantot, piemēram, suspendēto daļiņu plūsmas šķidrumos. Tāpat kā ar plūsmu cauruļvados, laminārās plūsmas parasti notiek ar zemākiem Reinoldsa skaitļiem, bet turbulentā plūsma un ar to saistītās parādības, piemēram, virpuļu izdalīšana, rodas ar lielākiem Reinoldsa skaitļiem.

Laminārās plūsmas barjeras[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lamināra gaisa plūsmu izmanto, lai atdalītu gaisa tilpumus vai novērstu piesārņojošo vielu nokļūšanu zonā. Lamināras plūsmas skapi izmanto, lai izslēgtu piesārņotājus no jutīgiem procesiem zinātnē, elektronikā un medicīnā. Gaisa durvju gaisa aizkari bieži tiek izmantoti komerciālos apstākļos, lai nodrošinātu, ka siltais vai atdzesētais gaiss neplūst caur durvīm. Laminārās plūsmas reaktors ir ķīmisko reaktoru veids, kas izmanto lamināro plūsmu, lai pētītu ķīmiskās reakcijas un procesu mehānismus.

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. NAKAYAMA. Introduction to Fluid Mechanics, 1998. ISBN 0 340 67649 3.
  2. Avila, K.; Moxey, D.; de Lozar, A.; Avila, M.; Barkley, D.; Hof, B. (July 2011). "The Onset of Turbulence in Pipe Flow". Science 333 (6039): 192–196. Bibcode 2011Sci...333..192A. doi:10.1126/science.1203223. Arhivēts no oriģināla 2011-09-04.