Объяснение турбулентности

Физика > Объяснение турбулентности

При проектировании различных вещей (самолеты, медицинские приборы, мосты), не стоит забывать о турбулентных потоках.

Задача обучения

• Определить, будет ли поток ламинарным или турбулентным.

Основные пункты

• • При низкой скорости поток в гладкой трубке выступает ламинарным.

• При высоких или при наличии препятствий – турбулентный.
• Характеризуется хаотичностью и быстрыми переменами скорости и давления.

Термины

• Ламинарный – перемещение жидкости плавное и постоянное, текущее в разных слоях.
• Турбулентный – беспорядок и беспокойство.
• Обтекаемый – небольшая устойчивость к потоку жидкости, особенно благодаря изящным линиям.

Пример

Современные теплообменники оснащены специальными трубками, стимулирующими турбулентный поток для лучшего смешивания и теплопередачи.

Есть возможность предсказать присутствие ламинарного и турбулентного потока. Если скорость низкая в гладкой трубке или вокруг обтекаемого объекта, то это ламинарный. Если же она высокая, то турбулентный. Однако при серединном значении делать прогнозы становится сложнее. Фактически мы столкнемся с колебанием между ними.

Сужение артерии способно привести к турбулентности из-за неравномерной блокировки, а также сложности самой крови. Турбулентность в системе кровообращения (аневризмы) достаточно «шумная», поэтому ее можно выявить стетоскопом. Подобные звуки располагаются в начале кровотока и именуются звуками Короткова.

Сердечные шумы возникают из-за турбулентного потока вокруг нарушенных и недостаточно закрытых сердечных клапанов. Обнаружить их помогает ультразвук.

В значительной части этого кровеносного сосуда мы сталкиваемся с ламинарным типом. Турбулентный появляется в участке, суженном бляшкой, где скорость возрастает. В точке перехода поток способен колебаться между двумя типами

Турбулентность появляется по различным причинам. Например, при полете самолета на определенной высоте теплые и холодные воздушные потоки смешиваются, из-за чего аппарат «трясет». То же самое можно заметить и в океане.

Существование турбулентного воздушного потока следует учитывать во многих моментах. Например, на резких поворотах гоночные машины не могут двигаться слишком близко, так как первый формирует турбулентный поток.

Часто трубы, теплообменники и каналы проектируют так, чтобы создать необходимый поток. Если турбулентный, то частички формируют дополнительное поперечное перемещение. Это приводит к повышению скорости и увеличению теплопередачи. Получается, что турбулентность нужна в местах, где холодная текучая среда смешивается с более прохладной жидкостью.

Не стоит забывать о турбулентности при проектировании мостов. В конце осени и лета речной поток замедляется и жидкость плавно охватывает опоры. Но весной скорость увеличивается, и поток приходит в турбулентное состояние.

Турбулентный поток вокруг мостовых опор Лонгтауна.

---