Co to jest Przepływ turbulentny ?
volv
czym sie charakteryzuje ? WZORY
Szymon Malinowski
>
> Co to jest Przepływ turbulentny ? - jako mechanizm generacji fali dźwiękowej
> czym sie charakteryzuje ? WZORY
Ojoj....To naprawde trudne. W skrócie:
przepylw turbulentny to innymi slowy przeplyw burzliwy. Chaotyczny ruch
plynu o zawirowaniach w róznych skalach. Przyklady: wiatr, przeplyw w
rzece,
dym z komina czy papierosa, gazy wydechowe. Znaczna wiekszosc przeplywów
z którymi
mamy do czynienia w praktyce codziennej to przepywy turbulentne.
Co do generacji fali dzwiekowej przez przeplywy turbulentne znow posluze
sie przykladami:
szum powietrza za samochodem, ryk silnika odrzutowego, szum rzeki...
Co do wzorow to niestety, nie jest tak latwo jak z zasadami dynamiki,
choc jest ich cale multum.
Na drobna rozgrzewke proponuje "Mechanike osrodkow ciaglych" Landaua i
Lifszyca,
potem mozna zaczac studiowac bardziej zaawansowane podreczniki.
A tak na powaznie to zjawisko turbulencji jest jednym z najwiekszych
wyzwan fizyki.
I wielu najslawniejszych (z Einsteinem na czele) niewiele potrafilo
i nadal niewiele potrafi zdzialac w tym temacie, choc oczywiscie
potrafimy
wytlumaczyc skad sie bierze i znamy wiele zaleznosci empirycznych badz
polempirycznych dotyczacych zjawisk zwiazanych z turbulencja. Ostatnio
dzieki superkomputerom
i nowym technikom pomiarowym robimy malutkie kroczki do przodu...
Pozdrawiam
SM
--
**************************************************************
Szymon Malinowski
Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki
Warsaw University Institute of Geophysics
ul.Pasteura 7, 02-093 Warszawa, Poland
tel:[48](22)822-60-13, fax:[48](22)822-23-87
**************************************************************
Pegazus
> Co to jest Przepływ turbulentny ? - jako mechanizm generacji fali
dĽwiękowej
> czym sie charakteryzuje ? WZORY
Istnieja przeplywy turbulentne oraz laminarne (uwarstwione).
Przeplyw laminarny w przeciwienstwie do turbulentnego to
taki, w ktorym strugi nie mieszaja sie w kierunku poprzecznym
do kierunku ruchu.
Dla przeplywu laminarnego plynu lepkiego w rurach walcowych
predkosc przeplywu jest maksymalna w osi rury i maleje kwadratowo ze
wzrostem odleglosci od niej zgodnie ze wzorem:
v=vo(1-r^2/R^2)
gdzie:
r - odleglosc od osi rury
R - promien rury
vo - predkosc przeplywu w osi rury
Podczas przeplywu turbulentnego powstaja
zawirowania wiec pojecie strugi traci sens. Powstanie
wirow zalezy od lepkosci, predkosci, ksztaltu omywanych profilow,
obecnosci przeszkod, stanu powierzchni przewodu, drgan przewodu,
zanieczyszczen plynu, chropowatosc przeszkod itp.
Rodzaj przeplywu okresla liczba Raynoldsa.
Dla przeplywu przez walcowy przewod rurowy:
Re=v d / ni
gdzie:
v - sr. predkosc liniowa [m/s]
d - srednica rury
ni - lepkosc kinematyczna [m2/s]
Raynolds przeprowadzajac doswiadczenie
(zmiany predkosci oraz srednicy rury i obzerwujac
zachowanie barwnika - doswiadczenie Raynoldsa)
stwierdzil, ze przejscie przeplywu z laminarnego w
turbuletny wystepuje na ogol przytej samej wartosci Re.
Jesli przez Rekr oznaczymy te wartosc to przeplyw
laminarny wystepuje przy Re<Rekr. Problem z
okresleniem Rekr wynika z faktu ze zmiana przeplywu
laminarnego na turbuletny wystepuje przy
wyzszej wartosci Re niz proces odwrotny.
Na tej podstawie wprowadzono: dolna granice
Rekrd - ponizej ktorej nigdy nie wystepuje
przeplyw turbuletny oraz gorna granice Rekrg -
powyzej ktorej nigdy nie wystepuje przeplyw laminarny.
Tylko Rekrd nozna okreslicdocs dokladnie i wynosi
ona dla dlugiej cylindrycznej rury:
Rekrd = 2300
Gorna wartosc zalezy od wielu czynnikow
ktore zostaly wczesniej wspomniane. Najdokladniejsze badania
pozwolily uzyskac:
Rekrg = 80 000
Co do generacji fali dzwiekowej to wiadomo, ze
oddzialywania mechaniczne (np.: plyn-rura) zachodzace przy
przeplywach turbulentnych sa zrodlem dzwiekow zlozonych o
charakterze na ogol przypadkowym, nie majacymi
wyraznie okreslonych skladowych harmonicznych (szum).
Generalnie analiza zjawisk pierwotnych i wtornych
podczas przeplywow turbulentnych jest bardzo
skomplikowana. Wzorow analitycznych tu nie ma z
uwagi na zlozonosc zjawisk. Mozesz co najwyzej znalezc
formuly empiryczne dostosowane tylko i wylacznie
do odpowiednich obiektow rzeczywistych lub modeli.
Procesy te mozna symulowac metodami numerycznymi
(model SGS, metoda LES). Istnieja programy
pozwalajace symulowac przeplywy turbulentne
np.: FDS, FLOW3D.
Pozdrawiam
Leszek M. Chybowski
http://www.venture.org.pl/leszek/
mail: les...@venture.org.pl
ICQ UIN: 33309999
Szymon Malinowski
>
> [...]
> > Co to jest Przepływ turbulentny ? - jako mechanizm generacji fali
W zasadzie o.k.tylo malo ogolnie...Przeplywy w rurach to maly
wycinek wszystkich przeplywow. Dla roznego rodzaju przeplywow
Rekrd jest rozne, w niektorych tak niskie jak Rekrd=80.
W przypadku przeplywow swobodnych czasami trudno okreslic Re, czesto
uzywa sie
wtely Re opartej na tzw. mikroskali Taylora.
A facet od Re nazywal sie Reynolds
a nie Raynolds. Podstawowym rownaniem ruchu plynu
jest rownanie Naviera-Stokesa i ma ono dobrze znana postac analityczna.
Gorzej jest z rozwiazaniami: analitycznie potrafimy je rozwiazac dla
niektorych prostych przeplywow laminarnych.
Stosuje sie rozne uproszczenia i przeksztalcenia tego rownania
(czesto wraz z roznymi formami rownania ciaglosci i energii
termodynamicznej),
a nastepnie rozwiazuje je numerycznie, albo na siatkach,
albo w przestrzeni fourierowskiej. Model SGS (SubGridScale)to model
podsiadkowy w metodzie LES
(Large Eddy Simulation). Istnieje tez modelowanie DNS (Direct Navier
Stokes),
bezposrednio rozwiazujace podstawowa forme rownania N-S, z tym ze nawet
przy najwiekszych komputerach
nie dale sie wyjsc z Re powyzej kilku tysiecy.
Istnieja jeszcze inne metody oparte na rozwiazaniu rownania wirowosci
(metoda wirow punktowych),
probuje sie takze dla potrzeb modelowania numerycznego transformaty
falkowej rownania N-S.
O innych podejsciach nie wspomne.
Co do komercyjnych programow typu FDS czy FLOW3D to sa z nimi powazne
klopoty, innymi slowy dzialaja raczej
kiepsko. Na przyklad w ramach V Programu Ramowego UE (taka plan
piecioletni finansowania badan naukowych)
sporo pieniedzy inwestuje sie w weryfikacje tych modeli. Okazuje sie ze
znaczna czesc instalacji
zaprojektowanych przy ich pomocy nie spelnia zalolen. Przykladem z
naszego podworka
jest elektrownia w Zarnowcu, w ktorej po wymianie wirnika jednej z
turbin sprawnosc wyraznie spadla.
Takich przypadkow ostatnimi laty bylo sproro na swiecie.
Pegazus
Dzieki za sprostowania
> W zasadzie o.k.tylo malo ogolnie...Przeplywy w rurach to maly
> wycinek wszystkich przeplywow. Dla roznego rodzaju przeplywow
> Rekrd jest rozne, w niektorych tak niskie jak Rekrd=80.
Pisze o rurach bo z tym mam do czynienia :))
> W przypadku przeplywow swobodnych czasami trudno okreslic Re, czesto
> uzywa sie
> wtely Re opartej na tzw. mikroskali Taylora.
> A facet od Re nazywal sie Reynolds
Sorry, jasne ze tak.
> a nie Raynolds. Podstawowym rownaniem ruchu plynu
> jest rownanie Naviera-Stokesa i ma ono dobrze znana postac
analityczna.
Tak wlasnie, rownanie N-S jest ogolnikiem, a ja
piszac o braku rownan analitycznych
mialem na mysli rozwiniecia i rozwiazania tychze
dla konkretnych przypadkow z zycia wzietych m.in.
przeplywow turbulentnych, ktore zazwyczaj sa okropnie
zlozone.
> Gorzej jest z rozwiazaniami: analitycznie potrafimy je rozwiazac dla
> niektorych prostych przeplywow laminarnych.
> Stosuje sie rozne uproszczenia i przeksztalcenia tego rownania
> (czesto wraz z roznymi formami rownania ciaglosci i energii
> termodynamicznej),
> a nastepnie rozwiazuje je numerycznie, albo na siatkach,
> albo w przestrzeni fourierowskiej. Model SGS (SubGridScale)to model
> podsiadkowy w metodzie LES
> (Large Eddy Simulation). Istnieje tez modelowanie DNS (Direct Navier
> Stokes),
> bezposrednio rozwiazujace podstawowa forme rownania N-S, z tym ze
nawet
> przy najwiekszych komputerach
> nie dale sie wyjsc z Re powyzej kilku tysiecy.
Z tego co czytalem, te same problemy wystepuja przy LES.
> Istnieja jeszcze inne metody oparte na rozwiazaniu rownania
wirowosci
> (metoda wirow punktowych),
> probuje sie takze dla potrzeb modelowania numerycznego transformaty
> falkowej rownania N-S.
> O innych podejsciach nie wspomne.
> Co do komercyjnych programow typu FDS czy FLOW3D to sa z nimi
powazne
> klopoty, innymi slowy dzialaja raczej kiepsko.
Niestety znam je tylko z opisow,
choc moze sie z nimi kiedys zapoznam
(jak taka mozliwosc bedzie).
> Na przyklad w ramach V Programu Ramowego UE (taka plan
> piecioletni finansowania badan naukowych)
> sporo pieniedzy inwestuje sie w weryfikacje tych modeli. Okazuje sie
ze
> znaczna czesc instalacji
> zaprojektowanych przy ich pomocy nie spelnia zalolen. Przykladem z
> naszego podworka
> jest elektrownia w Zarnowcu, w ktorej po wymianie wirnika jednej z
> turbin sprawnosc wyraznie spadla.
> Takich przypadkow ostatnimi laty bylo sproro na swiecie.
To wszystko dowodzi malosci czlowieka
przed wszechobecna natura :((
Szymon Malinowski
liczbach Reynoldsa, ale w sposob ulomny: dzieki parametryzowaniu malych
skal ruchu.
LES korzysta z jednej z ciekawych wlasnosci turbulencji, a mianowicie
takiej ze
za znakomita wiekszosc TKE (kinetycznej energii ruchow turbulencyjnych)
odpowiadaja zawirowania o duzych skalach. Dzieki temu, nawet jesli nie
potrafimy dobrze
opisac mniejszych skal, sporo wielkoskalowych wlasnosci turbulencji daje
sie
odtworzyc z zadowalajaca w niektorych zastosowaniach dokladnoscia.
I tez pozdrawiam serdecznie. Milo mi ze sa jeszcze w Polsce ludzie
ktorzy interesuja sie ta dziedzinie fizyki.
SM