유체의 불안정한 흐름 또는 비정상적인 흐름과 유체의 난류 흐름의 차이점은 무엇입니까?


대답 1:

좋은 질문입니다. 아래의 설명은 매우 복잡하고 복잡한 주제에 대한 간결한 설명입니다. 그리고 더 깊이 공부하면 큰 보람을 느낍니다.

흐름 유형에 대해 말할 때 유체 역학자는 일반적으로 흐름 영역을 말합니다. 흐름 체제는 모든 특정 실시 예에 걸쳐 일반적인 속성 및 수학적 설명을 공유하는 보편적 인 흐름의 유형으로 생각할 수있다. 가장 일반적인 흐름 체계는 층류와 난류입니다. 일반적으로, 층류는 꾸준하고 매끄럽게 보이며 난류는 불안정하고 소용돌이 치고 비 주기적입니다.

이 두 가지 유형의 흐름 사이의 차이점과 원인에 대한 최초의 과학적 조사 중 일부는 1800 년대 후반 오스본 레이놀즈가 주도했으며, "비압축성 점성 유체의 역학 이론과 기준의 결정 ".

그의 연구와 조지 스토크 스 (George Stokes)의 초기 연구에서, 유동이 층류인지 난류인지와 매우 성공적으로 상관 관계가없는 무 차원 수의 정의가 왔습니다. .

이 연구들과 후속 연구를 통해, 레이놀즈가 낮은 #로 부분적으로 정의 된 흐름은 층류 흐름을 보인 반면, 레이놀즈가 높은 #로 정의 된 흐름은 난류 행동을 나타냈다는 것이 잘 확립되었습니다. 이 종속성의 예는 2 차원 실린더를 지나는 흐름에 대한 아래 그림에서 볼 수 있습니다.

Phyiscs.info를 통해

일반적으로 층류-난류 전이로 불리는 층류와 난류 사이의 회색 영역에서 발생하는 일에 들어가기 전에 공식적으로 "불안정한 흐름"을 정의해야합니다. 비정상 흐름은 시간 의존성을 나타내는 모든 흐름입니다. 수학적으로 말하면, 비정상적인 흐름은 아래에 표시된 Navier-Stokes의 방정식에서 시간에 대한 속도 필드의 부분 미분이 0이 아닌 흐름입니다.

층류의 경우,이 도함수는 0과 같으며 흐름은 일정합니다.

특정 유동 예에서, 층류에서 난류로의 전이는 광범위한 레이놀즈 수에 걸쳐 발생할 수 있지만, 편의상 2 차원 실린더 예를 고수 할 것이다. 100에서 1000 사이의 Reynolds의 #에서 흐름 동작의 변화가 보이기 시작합니다. 먼저, 흐름은 실린더로부터 분리되어 실린더의 하류 측에 재순환 에디를 생성합니다. 레이놀즈의 #이 지속적으로 증가함에 따라, 이러한 에디들은 분리되어 폰 카르만 와동 거리로 알려진 주기적 흐름 조건을 형성하며, 아래에 시각화되어 있습니다.

세사 레오 비아 로사시 케이 라

독자가 볼 수 있듯이이 흐름은 시간이 지남에 따라 불안정하지만 혼란스럽지 않습니다. 이러한주기적인 흐름은 층류에서 난류로의 전이에서 흔히 볼 수있는 한 단계이며, 현재 완전히 이해되지 않는 매우 복잡한 과정이다. 명백한 것은, 과도 흐름은 여기에 설명 된 바와 같이 특징적인 단계를 공유하며, Navier-Stokes 방정식의 불안정성과 혼란, 비선형 동적 시스템으로서의 동작의 결과 일 가능성이 높습니다. 단순한 역학 시스템조차도 실제 유동 흐름 전환 행동을 연상시키는 시간 안정에서 비정상 행동으로의 전환을 겪는 것으로 잘 알려져 있습니다. 난기류.


대답 2:

원형 파이프의 흐름을 예로 들어 보겠습니다. 점 P (say)에서 속도의 x 성분을 모니터링하자 (u)

비정상적인 흐름 (이름 자체에서 알 수 있듯이)은 속성이 시간에 따라 변하는 흐름입니다. 그리고 꾸준한 흐름은 속성이 시간에 따라 변하지 않는 흐름입니다.

층류는 일정하거나 (그림 A) 불안정 할 수 있습니다 (그림 B)

엄밀히 말하면, 난류 흐름은 본질적으로 불안정합니다 (그림 C). 관성 교란 력으로 인해 시간에 따른 유체 흐름 특성의 불규칙적 인 불규칙적 인 빠른 변화가 수반되기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 난류 흐름은 통계적으로 안정된 난류 흐름 (통계적 의미에서만, 평균 흐름 특징은 시간에 따라 변하지 않음)과 통계적으로 불안정한 난류 흐름 (평균 흐름 특징은 시간에 따라 변함)으로 처리 될 수 있습니다. 난류 흐름은 본질적으로 임의적이고 불안정하지만 평균 흐름은 일정하거나 불안정 할 수 있습니다.

결론적으로, 난류는 본질적으로 불안정한 흐름이지만 통계적인 의미에서 꾸준하거나 불안정한 것으로 취급 될 수 있습니다.

도움이 되었기를 바랍니다!!!


대답 3:

원형 파이프의 흐름을 예로 들어 보겠습니다. 점 P (say)에서 속도의 x 성분을 모니터링하자 (u)

비정상적인 흐름 (이름 자체에서 알 수 있듯이)은 속성이 시간에 따라 변하는 흐름입니다. 그리고 꾸준한 흐름은 속성이 시간에 따라 변하지 않는 흐름입니다.

층류는 일정하거나 (그림 A) 불안정 할 수 있습니다 (그림 B)

엄밀히 말하면, 난류 흐름은 본질적으로 불안정합니다 (그림 C). 관성 교란 력으로 인해 시간에 따른 유체 흐름 특성의 불규칙적 인 불규칙적 인 빠른 변화가 수반되기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 난류 흐름은 통계적으로 안정된 난류 흐름 (통계적 의미에서만, 평균 흐름 특징은 시간에 따라 변하지 않음)과 통계적으로 불안정한 난류 흐름 (평균 흐름 특징은 시간에 따라 변함)으로 처리 될 수 있습니다. 난류 흐름은 본질적으로 임의적이고 불안정하지만 평균 흐름은 일정하거나 불안정 할 수 있습니다.

결론적으로, 난류는 본질적으로 불안정한 흐름이지만 통계적인 의미에서 꾸준하거나 불안정한 것으로 취급 될 수 있습니다.

도움이 되었기를 바랍니다!!!


대답 4:

원형 파이프의 흐름을 예로 들어 보겠습니다. 점 P (say)에서 속도의 x 성분을 모니터링하자 (u)

비정상적인 흐름 (이름 자체에서 알 수 있듯이)은 속성이 시간에 따라 변하는 흐름입니다. 그리고 꾸준한 흐름은 속성이 시간에 따라 변하지 않는 흐름입니다.

층류는 일정하거나 (그림 A) 불안정 할 수 있습니다 (그림 B)

엄밀히 말하면, 난류 흐름은 본질적으로 불안정합니다 (그림 C). 관성 교란 력으로 인해 시간에 따른 유체 흐름 특성의 불규칙적 인 불규칙적 인 빠른 변화가 수반되기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 난류 흐름은 통계적으로 안정된 난류 흐름 (통계적 의미에서만, 평균 흐름 특징은 시간에 따라 변하지 않음)과 통계적으로 불안정한 난류 흐름 (평균 흐름 특징은 시간에 따라 변함)으로 처리 될 수 있습니다. 난류 흐름은 본질적으로 임의적이고 불안정하지만 평균 흐름은 일정하거나 불안정 할 수 있습니다.

결론적으로, 난류는 본질적으로 불안정한 흐름이지만 통계적인 의미에서 꾸준하거나 불안정한 것으로 취급 될 수 있습니다.

도움이 되었기를 바랍니다!!!