Wat is het verschil tussen onstabiele of niet-stabiele stroom van een vloeistof en turbulente stroom van een vloeistof?


Antwoord 1:

Grote vraag. De onderstaande beschrijving is een weliswaar vereenvoudigde uitleg van een uiterst complex en ingewikkeld onderwerp; en een die de moeite waard is om dieper te studeren.

Wanneer we het hebben over soorten stromen, verwijzen vloeibare dynamisten meestal naar stroomregimes. Men kan een stroomregime beschouwen als een soort stroom die universeel is, die algemene attributen en wiskundige beschrijvingen deelt over alle specifieke uitvoeringsvormen. De twee meest voorkomende stromingsregimes zijn laminaire stroming en turbulente stroming. Over het algemeen zien laminaire stromen stabiel en glad eruit, terwijl turbulente stromen onstabiel, wervelend en niet-periodiek lijken.

Enkele van de allereerste wetenschappelijke onderzoeken naar de verschillen tussen en oorzaken voor deze twee soorten stromen, werden geleid door Osborne Reynolds in de late jaren 1800, culminerend in zijn verhandeling over het onderwerp: "Over de dynamische theorie van niet-samendrukbare viskeuze vloeistoffen en de bepaling van het criterium ".

Uit zijn studies en eerdere studies van George Stokes kwam de definitie van een dimensieloos getal dat zeer succesvol is gecorreleerd met de vraag of een stroming laminair of turbulent is, waarbij het Reynolds-getal de verhouding van traagheidsweerstand tot viskeuze weerstand voor een stromende vloeistof uitdrukt. .

Door middel van deze onderzoeken en andere, werd duidelijk dat stromen die gedeeltelijk werden gedefinieerd door # #s van lage Reynolds laminaire stroming vertoonden terwijl stromen die werden bepaald door # # van Reynolds turbulent gedrag vertoonden. Een voorbeeld van deze afhankelijkheid is te zien in de onderstaande figuur voor stroming langs een tweedimensionale cilinder.

via Phyiscs.info

Voordat we ingaan op wat er gebeurt in dat grijze gebied tussen laminaire en turbulente stromingen, gewoonlijk de laminaire turbulente overgang genoemd, moeten we formeel 'onstabiele stroming' definiëren. Onstabiele stroom is elke stroom die een tijdsafhankelijkheid vertoont. Wiskundig gesproken zijn onstabiele stromen die waarbij de gedeeltelijke afgeleide van het snelheidsveld met betrekking tot tijd in de onderstaande Navier-Stokes-vergelijkingen niet gelijk is aan nul:

Voor laminaire stromingen is deze afgeleide gelijk aan nul en is de stroming stabiel.

Voor elk specifiek stromingsvoorbeeld kan de overgang van laminaire naar turbulente stroming plaatsvinden over een breed scala van Reynolds-nummers, maar voor het gemak zullen we het tweedimensionale cilindervoorbeeld behouden. Bij Reynolds #s tussen 100 en 1000 beginnen we veranderingen in het stroomgedrag te zien. Ten eerste scheidt de stroom zich van de cilinder waardoor recirculatiewervelingen worden gecreëerd aan de stroomafwaartse zijde van de cilinder. Naarmate Reynolds # blijft toenemen, raken deze wervelingen los en vormen een periodieke stroomtoestand die bekend staat als de von Karman vortexstraat, hieronder weergegeven.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Zoals de lezer kan zien, is deze stroom duidelijk onstabiel, omdat deze periodiek is in de tijd, maar ook niet turbulent. Een dergelijke periodieke stroming is een stap die vaak wordt gezien bij de overgang van laminaire naar turbulente stroming, een buitengewoon gecompliceerd proces dat momenteel niet volledig wordt begrepen. Wat duidelijk is, is dat overgangsstromen karakteristieke fasen delen, zoals hier beschreven, en meestal het gevolg zijn van de instabiliteit van de vergelijkingen van de Navier-Stokes en hun gedrag als een chaotisch, niet-lineair, dynamisch systeem. Het is bekend dat zelfs eenvoudige dynamische systemen overgangen ondergaan van tijdvast naar onstabiel gedrag, opmerkelijk doet denken aan echt vloeiend stromingsovergangsgedrag, waarbij het werk van David Ruelle en Floris Takens het meest bekende streven is naar een dergelijke wiskundige beschrijving van de chaotische route naar turbulentie.


Antwoord 2:

Overweeg een voorbeeld: stroom in een cirkelvormige buis. Laten we de x-component van de snelheid (u) volgen op het punt P (laten we zeggen)

Onstabiele stroom (zoals de naam zelf al doet vermoeden) is de stroom waarvan de eigenschappen variëren in tijd. En de gestage stroom is de stroom waarvan de eigenschappen de tijd niet veranderen.

laminaire stroming kan zowel stabiel (Fig A) of onstabiel (Fig B) zijn

Strikt genomen is turbulente stroming altijd inherent onstabiel (figuur C) omdat het willekeurige onregelmatige snelle variaties van de stromingseigenschappen van de vloeistof met zich meebrengt vanwege traagheidsverstorende krachten.

Turbulente stromingen kunnen echter worden behandeld als statistisch stabiele turbulente stroming (alleen in statistische zin, dat de gemiddelde stromingskenmerken niet in de tijd variëren) en statistisch instabiele turbulente stroming (gemiddelde stromingskenmerken variëren in de tijd), zie de afbeelding Hoewel turbulente stroming inherent willekeurig en onstabiel is, kan de gemiddelde stroming stabiel of onstabiel zijn.

Concluderend is turbulente stroming inherent onstabiele stroming, maar in statistische zin kan deze zowel stabiel als onstabiel worden behandeld.

Ik hoop dat dit helpt!!!


Antwoord 3:

Overweeg een voorbeeld: stroom in een cirkelvormige buis. Laten we de x-component van de snelheid (u) volgen op het punt P (laten we zeggen)

Onstabiele stroom (zoals de naam zelf al doet vermoeden) is de stroom waarvan de eigenschappen variëren in tijd. En de gestage stroom is de stroom waarvan de eigenschappen de tijd niet veranderen.

laminaire stroming kan zowel stabiel (Fig A) of onstabiel (Fig B) zijn

Strikt genomen is turbulente stroming altijd inherent onstabiel (figuur C) omdat het willekeurige onregelmatige snelle variaties van de stromingseigenschappen van de vloeistof met zich meebrengt vanwege traagheidsverstorende krachten.

Turbulente stromingen kunnen echter worden behandeld als statistisch stabiele turbulente stroming (alleen in statistische zin, dat de gemiddelde stromingskenmerken niet in de tijd variëren) en statistisch instabiele turbulente stroming (gemiddelde stromingskenmerken variëren in de tijd), zie de afbeelding Hoewel turbulente stroming inherent willekeurig en onstabiel is, kan de gemiddelde stroming stabiel of onstabiel zijn.

Concluderend is turbulente stroming inherent onstabiele stroming, maar in statistische zin kan deze zowel stabiel als onstabiel worden behandeld.

Ik hoop dat dit helpt!!!


Antwoord 4:

Overweeg een voorbeeld: stroom in een cirkelvormige buis. Laten we de x-component van de snelheid (u) volgen op het punt P (laten we zeggen)

Onstabiele stroom (zoals de naam zelf al doet vermoeden) is de stroom waarvan de eigenschappen variëren in tijd. En de gestage stroom is de stroom waarvan de eigenschappen de tijd niet veranderen.

laminaire stroming kan zowel stabiel (Fig A) of onstabiel (Fig B) zijn

Strikt genomen is turbulente stroming altijd inherent onstabiel (figuur C) omdat het willekeurige onregelmatige snelle variaties van de stromingseigenschappen van de vloeistof met zich meebrengt vanwege traagheidsverstorende krachten.

Turbulente stromingen kunnen echter worden behandeld als statistisch stabiele turbulente stroming (alleen in statistische zin, dat de gemiddelde stromingskenmerken niet in de tijd variëren) en statistisch instabiele turbulente stroming (gemiddelde stromingskenmerken variëren in de tijd), zie de afbeelding Hoewel turbulente stroming inherent willekeurig en onstabiel is, kan de gemiddelde stroming stabiel of onstabiel zijn.

Concluderend is turbulente stroming inherent onstabiele stroming, maar in statistische zin kan deze zowel stabiel als onstabiel worden behandeld.

Ik hoop dat dit helpt!!!