Przepływ laminarny

sfera w przepływie Stokesa, przy bardzo małej liczbie Reynoldsa. Obiekt poruszający się przez płyn doświadcza siły oporu w kierunku przeciwnym do jego ruchu.

rodzaj przepływu zachodzącego w cieczy w kanale jest ważny w problemach dynamiki płynów, a następnie wpływa na transfer ciepła i masy w układach płynów. Bezwymiarowa Liczba Reynoldsa jest ważnym parametrem w równaniach opisujących, czy w pełni rozwinięte warunki przepływu prowadzą do przepływu laminarnego czy turbulentnego. Liczba Reynoldsa jest stosunkiem siły bezwładności do siły ścinającej płynu: jak szybko płyn porusza się w stosunku do jego lepkości, niezależnie od skali układu płynów. Przepływ laminarny zwykle występuje, gdy płyn porusza się powoli lub jest bardzo lepki. Wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa, na przykład poprzez zwiększenie szybkości przepływu płynu, przepływ przejdzie z przepływu laminarnego do przepływu turbulentnego w określonym zakresie liczb Reynoldsa, zakres przejścia laminar–turbulentnego w zależności od małych poziomów zakłóceń w płynie lub niedoskonałości w układzie przepływowym. Jeśli liczba Reynoldsa jest bardzo mała, znacznie mniejsza niż 1, to płyn będzie wykazywał Stokes, czyli pełzanie, przepływ, gdzie lepkie siły płynu dominują nad siłami inercyjnymi.

specyficzne obliczenie liczby Reynoldsa i wartości, w których występuje przepływ laminarny, zależy od geometrii układu przepływowego i wzoru przepływu. Częstym przykładem jest przepływ przez rurę, gdzie liczba Reynoldsa jest zdefiniowana jako

R e = ρ U D H μ = U D H ν = Q D H ν a , {\displaystyle \mathrm {Re} ={\frac {\Rho uD_{\text{H}}}{\mu }}={\frac {uD_{\text{H}}}{\nu }}={\frac {QD_{\text{H}}}{\nu a}},}

{\displaystyle \mathrm {Re} ={\frac {\Rho ud_{\text{H}}}{\mu }}={\frac {uD_{\text{h}}}{\nu }}={\frac {qd_{\text{h}}}{\nu a}},}

gdzie:

Dh to średnica hydrauliczna rury (m); Q to objętościowe natężenie przepływu (m3/s); a to powierzchnia przekroju rury (m2); u jest średnią prędkością płynu (jednostki SI: m/s); μ jest lepkością dynamiczną płynu(Pa·s = n·s/m2 = kg/(m·s)); ν jest lepkością kinematyczną płynu, ν = μ/ρ (m2/s); ρ jest gęstością płynu (kg/m3).

dla takich układów przepływ laminarny występuje, gdy liczba Reynoldsa jest poniżej wartości krytycznej około 2040, chociaż zakres przejścia zwykle wynosi od 1800 do 2100.

dla układów płynnych występujących na powierzchniach zewnętrznych, takich jak przepływ obok obiektów zawieszonych w cieczy, inne definicje liczb Reynoldsa mogą być użyte do przewidzenia rodzaju przepływu wokół obiektu. Liczba Reynoldsa Rep byłaby używana np. dla cząstek zawieszonych w płynących płynach. Podobnie jak w przypadku przepływu w rurach, przepływ laminarny zwykle występuje z niższymi liczbami Reynoldsa, podczas gdy przepływ turbulentny i związane z nim zjawiska, takie jak zrzucanie wirów, występują z wyższymi liczbami Reynoldsa.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *