Annotatsiya: ushbu maqolada gidrodinamika suyuqlik harakatining turbulent va laminar rejimi, qattiq jism va suyuqlikdagi ta’sirlar, minimal tangensial kuch ta’sirlari haqida yoritilgan

SUYUQLIK HARAKATINING TURBILENT VA LAMINAR REJIMI
Annotatsiya: ushbu maqolada gidrodinamika suyuqlik harakatining turbulent va laminar rejimi, qattiq jism va suyuqlikdagi ta’sirlar, minimal tangensial kuch ta’sirlari haqida yoritilgan.
Kalit so’zlar: gidrodinamika, laminar, turbulent, tangensial kuchlar, materiya, suyuqlik xossalari, siqilish qobilyati.
Gidrodinamika fizikaning tashqi sharoitga qarab suyuqlik harakati qonuniyatlarini oʻrganuvchi eng muhim boʻlimidir. Gidrodinamikada ko'rib chiqiladigan muhim masala suyuqlikning laminar va turbulent oqimini aniqlash masalasidir.
Suyuqlik nima?
Laminar va turbulent suyuqlik oqimi masalasini yaxshiroq tushunish uchun birinchi navbatda bu moddaning nima ekanligini ko'rib chiqish kerak. Suyuqlik fizikada materiyaning 3 ta agregat holatidan biri deyiladi, u berilgan sharoitda o'z hajmini saqlab turishga qodir, lekin minimal tangensial kuchlar ta'sirida shaklini o'zgartiradi va oqishni boshlaydi. Qattiq jismdan farqli o'laroq, suyuqlikda tashqi ta'sirlarga qarshilik kuchlari yo'q, ular asl shakliga qaytishga moyildirlar. Suyuqlikning gazlardan farqi shundaki, u doimiy tashqi bosim va haroratda o'z hajmini saqlab turishga qodir.
Suyuqliklarning xossalarini tavsiflovchi parametrlar
Laminar va turbulent oqim masalasi, bir tomondan, suyuqlik harakati ko'rib chiqiladigan tizimning xususiyatlari bilan, ikkinchi tomondan, suyuq moddaning xususiyatlari bilan belgilanadi. Bu erda suyuqliklarning asosiy xususiyatlari:
Zichlik. Har qanday suyuqlik bir hildir, shuning uchun uni tavsiflash uchun suyuq moddaning birlik hajmiga tushadigan massa miqdorini aks ettiruvchi ushbu jismoniy miqdor ishlatiladi.
Yopishqoqlik. Bu qiymat suyuqlik oqimi davomida uning turli qatlamlari o'rtasida yuzaga keladigan ishqalanishni tavsiflaydi. Suyuqliklardagi molekulalarning potentsial energiyasi ularning kinetik energiyasiga taxminan teng bo'lganligi sababli, u har qanday haqiqiy suyuqlik moddalarida ma'lum bir yopishqoqlik mavjudligini keltirib chiqaradi. Suyuqliklarning bu xususiyati ularning oqimi jarayonida energiyani yo'qotish sababidir.
Siqilish qobiliyati. Tashqi bosimning oshishi bilan har qanday suyuqlik moddasi o'z hajmini pasaytiradi, ammo suyuqliklar uchun bu bosim ular egallagan hajmni biroz kamaytirish uchun etarlicha katta bo'lishi kerak, shuning uchun ko'p amaliy holatlarda bu agregatsiya holati siqilmaydi.
Yuzaki taranglik. Bu qiymat suyuqlikning birlik yuzasini hosil qilish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ish bilan belgilanadi. Sirt tarangligining mavjudligi suyuqliklarda molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlarining mavjudligi bilan bog'liq bo'lib, ularning kapillyar xususiyatlarini aniqlaydi.
Laminar oqim
Turbulent va laminar oqim masalasini o'rganib, biz birinchi navbatda ikkinchisini ko'rib chiqamiz. Agar quvurda bo'lgan suyuqlik uchun bu trubaning uchlarida bosim farqi hosil bo'lsa, u holda u oqishni boshlaydi. Agar moddaning oqimi tinch bo'lsa va uning har bir qatlami boshqa qatlamlarning harakat chiziqlarini kesib o'tmaydigan silliq traektoriya bo'ylab harakatlansa, u holda laminar oqim rejimi haqida gapiriladi. Uning davomida har bir suyuqlik molekulasi quvur bo'ylab ma'lum bir traektoriya bo'ylab harakatlanadi.
Laminar oqimning xususiyatlari quyidagilardan iborat:
Suyuq moddaning alohida qatlamlari o'rtasida aralashish yo'q. Quvurning o'qiga yaqinroq bo'lgan qatlamlar uning atrofida joylashganlarga qaraganda yuqori tezlikda harakatlanadi. Bu haqiqat suyuqlik molekulalari va quvurning ichki yuzasi o'rtasida ishqalanish kuchlarining mavjudligi bilan bog'liq.
Laminar oqimga misol qilib, dushdan oqib chiqadigan parallel suv oqimlari mavjud. Agar laminar oqimga bir necha tomchi bo'yoq qo'shilsa, ular suyuqlikning asosiy qismiga aralashmasdan silliq oqimini davom ettiradigan oqimga qanday tortilganligini ko'rish mumkin.
Turbulent oqim

Ushbu rejim laminardan tubdan farq qiladi. Turbulent oqim - bu har bir molekula o'zboshimchalik bilan traektoriya bo'ylab harakatlanadigan xaotik oqim bo'lib, uni faqat vaqtning dastlabki momentida oldindan aytish mumkin. Ushbu rejim suyuqlik oqimidagi kichik hajmdagi burmalar va dumaloq harakatlar bilan tavsiflanadi. Shunga qaramay, alohida molekulalarning traektoriyalarining tasodifiyligiga qaramasdan, umumiy oqim ma'lum bir yo'nalishda harakat qiladi va bu tezlikni qandaydir o'rtacha qiymat bilan tavsiflash mumkin. Turbulent oqimga tog 'daryosidagi suv oqimi misol bo'ladi. Agar bo'yoq bunday oqimga tushib qolsa, unda dastlabki daqiqada oqim paydo bo'lishini ko'rish mumkin, u buzilishlar va mayda aylanmalarni boshdan kechira boshlaydi va keyin suyuqlikning butun hajmiga aralashib, yo'qoladi.

Suyuqlik oqimini nima aniqlaydi?
Laminar yoki turbulent oqim rejimlari ikki miqdorning nisbatiga bog'liq: suyuqlik qatlamlari orasidagi ishqalanishni aniqlaydigan suyuq moddaning yopishqoqligi va oqim tezligini tavsiflovchi inertial kuchlar. Moddaning yopishqoqligi va uning oqim tezligi qanchalik past bo'lsa, laminar oqim ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi. Aksincha, agar suyuqlikning yopishqoqligi past bo'lsa va uning harakat tezligi yuqori bo'lsa, u holda oqim turbulent bo'ladi.
Quyida moddaning oqimining ko'rib chiqilgan rejimlarining xususiyatlarini aniq tushuntiradigan video mavjud. Oqim rejimini qanday aniqlash mumkin?
Amaliyot uchun bu savol juda muhim, chunki unga javob suyuqlik muhitida jismlarning harakatlanish xususiyatlari va energiya yo'qotishlarining kattaligi bilan bog'liq.
Laminar va turbulent suyuqlik oqimi o'rtasidagi o'tish Reynolds raqamlari yordamida baholanishi mumkin. Ular o'lchovsiz miqdor bo'lib, 19-asrning oxirida suyuq moddaning harakat rejimini amalda aniqlash uchun ulardan foydalanishni taklif qilgan irlandiyalik muhandis va fizik Osborne Reynolds sharafiga nomlangan.
Reynolds sonini (quvurdagi suyuqlikning laminar va turbulent oqimi) quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin: Re = r*D*v/m, bu yerda r va m mos ravishda moddaning zichligi va qovushqoqligi, v. uning oqimining o'rtacha tezligi, D - diametrli quvurlar. Formulada numerator inertial kuchlarni yoki oqimni aks ettiradi va maxraj ishqalanish kuchlarini yoki yopishqoqlikni aniqlaydi. Bundan xulosa qilishimiz mumkinki, agar ko'rib chiqilayotgan tizim uchun Reynolds soni katta bo'lsa, suyuqlik turbulent rejimda oqadi va aksincha, kichik Reynolds raqamlari laminar oqim mavjudligini ko'rsatadi.
Reynolds raqamlarining o'ziga xos ma'nolari va ulardan foydalanish
Yuqorida aytib o'tilganidek, Reynolds soni laminar va turbulent oqimni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Muammo shundaki, bu tizimning xususiyatlariga bog'liq, masalan, trubaning ichki yuzasida nosimmetrikliklar bo'lsa, undagi suvning turbulent oqimi silliqga qaraganda pastroq oqim tezligida boshlanadi.
Ko'pgina tajribalar statistikasi shuni ko'rsatdiki, suyuqlikning tizimi va tabiatidan qat'i nazar, Reynolds soni 2000 dan kichik bo'lsa, u holda laminar harakat sodir bo'ladi, lekin 4000 dan katta bo'lsa, oqim turbulent bo'ladi. Raqamlarning oraliq qiymatlari (2000 dan 4000 gacha) o'tish rejimining mavjudligini ko'rsatadi. Ushbu Reynolds raqamlari suyuqlik muhitida turli xil texnik ob'ektlar va apparatlarning harakatini aniqlash, turli shakldagi quvurlar orqali suv oqimini o'rganish uchun ishlatiladi, shuningdek, ba'zi biologik jarayonlarni, masalan, harakatni o'rganishda muhim rol o'ynaydi. inson qon tomirlaridagi mikroorganizmlar. Turbulent oqim ularning o'rtacha qiymatlari atrofida tezlik, bosim va konsentratsiyaning tez va tasodifiy tebranishlari bilan tavsiflanadi. Ushbu tebranishlar, qoida tariqasida, faqat tizimlarning statistik tavsifida qiziqish uyg'otadi. Shuning uchun, turbulent oqimni o'rganishda birinchi qadam sifatida odatda oqimni tavsiflovchi o'rtacha miqdorlar uchun tenglamalar ko'rib chiqiladi. Bunday holda, ba'zi o'rtacha qiymatlar uchun yuqori tartibli momentlarni o'z ichiga olgan differentsial tenglamalar olinadi. Shunday qilib, bu usul hech qanday o'rtachani to'g'ridan-to'g'ri hisoblash imkonini bermaydi. Turbulent oqim muammosi gazlarning kinetik nazariyasida to'g'ridan-to'g'ri o'xshashlikka ega, bu erda molekulalarning tasodifiy harakatining tafsilotlari ahamiyatsiz va faqat ba'zi o'rtacha o'lchanadigan miqdorlar qiziqish uyg'otadi.
Ko'p hollarda laminar oqimni tavsiflovchi harakat tenglamasining (94-4) oddiy yechimini topish mumkin, ammo kuzatilayotgan oqim bu holda turbulentdir. Bu holat laminar oqimning barqarorligini o'rganishga olib keldi. Oqimning barqarorligi masalasi quyidagicha tuzilgan: agar oqim cheksiz kichik qiymat bilan bezovtalansa, makon va vaqt ichida buzilish kuchayadimi yoki u o'chib, oqim laminar bo'lib qoladimi? Bu savol odatda muammoni asosiy, laminar yechimga yaqin chiziqli qilish orqali hal qilinadi.