Laminêre vloei in pyp: wat, hoe, toestande, verskillende faktore, verskillende tipes


In hierdie artikel sal die term "Laminêre vloei in pyp" en laminêre vloei in pyp verwant verskeie feite bespreek word. Stroomlynvloei is 'n ander term vir die laminêre vloei.

Laminêre vloei in pyp of stroomlyn in pyp kan op hierdie manier beskryf word, wanneer 'n vloeistof binne 'n buis of pyp vloei in 'n beweging dat die tyd dat daar geen afbreking teenwoordig is tussen die lae is nie. In die lae snelheid kan die vloeistof baie glad vloei sonder enige dwarsvermenging.

Wat is laminêre vloei in pyp?

Laminêre vloei in pyp kan gekenmerk word deur hoogs geordende beweging en gladde stroomlyn. Die laminêre vloei in pypvloeistof is vloei uniform in beide rigting en snelheid.

Die laminêre vloei in 'n pyp kan afgelei word as,

  1. As die reeks van die Reynolds-getal 2000 en minder as 2000 is, staan ​​hierdie vloeistofvloei bekend as laminêre vloei.
  2. Wiskundige ontleding van die laminêre vloei is nie ingewikkeld nie.
  3. Snelheid van die laminêre vloei is baie laag om hierdie rede is die vloei van die vloeistof baie glad vloeibaar sonder enige dwarsvermenging.
  4. Gereelde beweging kan waargeneem word in die vloeistowwe wat in laminêre vloei en vloei in 'n beweging.
  5. Laminêre vloei in 'n algemeen skaars tipe vloeistofvloei.
  6. Gemiddelde beweging kan waarneem in watter kant die vloeistof vloei.
  7. In die laminêre vloei is die snelheidsprofiel baie minder in die middelste gedeelte van die buis.
  8. In die laminêre vloei is die snelheidsprofiel hoog in die wand van die buis.
laminêre vloei in pyp
Beeld – In die geval van 'n bewegende plaat in 'n vloeistof, word gevind dat daar 'n laag (lamina) is wat saam met die plaat beweeg, en 'n laag stilstaande vloeistof langs enige stilstaande plaat;
Beeldkrediet – Wikipedia

Laminêre vloei in pyp formule:

Met behulp van Poiseuille se vergelyking kan ons die drukval van 'n vloeiende vloeistof gebeur vir die viskositeit. Die vergelyking van Hegen Poiseuille s'n is van toepassing op Newtonse vloeistof en onsamedrukbare vloeistof.

Die vergelyking van Hegen Poiseuille s'n is nie van toepassing vir noue ingang van die pyp nie. Die vergelyking van laminêre vloei is,

waar,

Δp = Die hoeveelheid drukverskil wat in die twee eindpunte van die pyp voorkom

μ = Die dinamiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp

 L = Lengte van die pyp

Q = Volumetriese vloeitempo

R = Radius van die pyp

A = Dwarssnitoppervlakte van die pyp

Die bogenoemde vergelyking is nie geskik vir baie kort of baie lang pyp nie en ook vir lae viskositeit vloeistof. In baie kort of baie lang pyp en ook vir lae viskositeit vloeistof is turbulente vloei oorsake, want daardie tyd is die vergelyking van Hegen Poiseuille s'n nie van toepassing nie. In daardie geval het ons meer bruikbare vergelyking vir berekening toegepas, soos Darcy – Weisbach-vergelyking.

Die verhouding tussen lengte tot radius van 'n buis is meer as die een agt-en-veertigste van Reynolds-getal wat geldig is vir die wet van Hegen Poiseuille. Wanneer die buis baie kort is, kan die wet van Hegen Poiseuille as gevolg van hoë vloeitempo onfisies wees.

Die vloei van die vloeistof word beperk deur die beginsel van Bernoulli's onder buitengewone beperkende toestand net as gevolg van druk is nie minder as nul kan wees in 'n vloei van onsamedrukbare.

Δ p = 1/2ρ v-2

Δ p = 1/2ρ(QMax/π R2}2)

Laminêre vloei in pyp afleiding:

Die vergelyking van laminêre vloei is,

Waar in,

Die drukgradiënt (\Delta P):-

Die drukverskil tussen die twee punte van die buis, gedefinieer deur die feit dat elke vloeistof altyd van die hoëdruk na die laedrukarea sal vloei.

Die vloeitempo word bereken deur die 

Δ P = P1 - Bl2

Die radius van die smal buis:-

Die vloei van direkte vloeistof verander met die radius na die mag vier.

Viskositeit (η):-

Die vloeitempo van die vloeistof is omgekeerd eweredig aan die viskositeit van die vloeistof.

Lengte van die pylbuis (L):-

Die vloeitempo van die vloeistof is omgekeerd eweredig aan die lengte van die smal buis.

Weerstand(R):-

Die weerstand word bereken deur 8Ln/πr4 en daarom is die Poiseuille se wet

Q = (Δ P) R

Hitte-oordrag in pypvloei:

Die vergelyking van termiese energie konveksie-diffusie word hieronder gegee,

Die linkerkantsvergelyking word oorweeg konvektiewe hitte-oordrag, wat deur die vloeistof se beweging oorgedra word. Die radiale snelheid is nul, dus kan die eerste termvergelyking van die linkerkant vermy word.

Die regterkant van die vergelyking verteenwoordig die termiese diffusie. Aangesien die vloei laminêr is, kan ons aanvaar dat die dimensielose Eckert-getal, wat die verhouding tussen 'n vloei se kinetiese energie en sy hitte-oordrag dryfkrag verteenwoordig, klein genoeg is om viskose dissipasie te verontagsaam.

Daarom kan die termiese energievergelyking aangevul word met die snelheidsprofiel wat in die vorige afdeling gedefinieer is.

'n Konstante hittevloedwaarde-toestand impliseer dat die temperatuurverskil tussen die wand en die vloeistof gelyk is. Ons weet egter reeds dat die temperatuur van die vloeistof van nie-konstante waarde binne die pyp is. Daarom sal ons 'n grootmaat gemiddelde temperatuur bekendstel wat aangedui word deur:

As aanvaar word dat die plaaslike temperatuurgradiënt en die grootmaat gemiddelde temperatuurgradiënt in die stroomsgewyse rigting gelyk en van konstante waarde is, lei integrasie van die voorgenoemde termiese energievervoervergelyking tot die volgende formule vir radiale temperatuurverspreiding:

Waar, a = k/ρc die termiese is diffusiwiteitskoëffisiënt . Die gemiddelde temperatuurgradiënt kan verkry word deur die verlangde volumetriese vloeitempo Q en hittevloed q op die hittebehoudsvergelyking toe te pas:

Qρc dTm/dz = πDq

Om die konstante muurvloed toestand te bevredig, is die waarde van die muurtemperatuur gekoppel aan die grootmaat gemiddelde temperatuurgradiënt.

Laminêre vloei in pypgrenstoestande:

Laminêre grenslae kom voor wanneer 'n bewegende viskose vloeistof in aanraking kom met 'n oppervlak wat in soliede toestand is en die grenslaag, 'n lae rotasievloeistof vorm in reaksie op die aksie van geen gly grens en viskositeit toestand van die oppervlak.

Reynolds-nommer vir laminêre vloei in pyp:

Die waardes vir die laminêre vloei vir die spesifieke bepaling van Reynolds-getal is afhanklik van die patroon van die vloei van die vloeistof deur 'n pyp en geometrie van die stelsel waardeur vloeistof vloei.

Die uitdrukking vir die Reynolds-getal vir laminêre vloei in pyp word hieronder gegee,

Re = ρuDH/μ = u DH/ν = QDH/νA

waar,

Re = Reynolds nommer

ρ = Vloeistofdigtheid van die pyp en eenheid is kilogram per kubieke meter

u = Die gemiddelde spoed van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is meter per sekonde

μ = Die dinamiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is kilogram per meter sekonde

A = Dwarssnitoppervlakte van die pyp en eenheid is vierkante meter

Q= Volumetriese vloeitempo en eenheid is kubieke meter per sekonde

DH = Hidrouliese deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei en eenheid is meter

ν = Die kinematiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is vierkante meter per sekonde

Die uitdrukking van ν is,

ν = μ/ρ

Laminêre vloei in pyp
Beeld – 'n Sfeer in Stokes vloei, teen baie lae Reynolds-getal. 'n Voorwerp wat deur 'n vloeistof beweeg, ervaar 'n sleepkrag in die rigting teenoor sy beweging;
Beeldkrediet – Wikipedia

Nusselt-nommer vir laminêre vloei in pyp:

Wanneer interne laminêre vloei in daardie geval volledig ontwikkel is, kan Nusselt-getal vir laminêre vloei in pyp uitgedruk word as,

Nu = hDh/kf

waar,

Nu = Nusselt nommer

h = Konvektiewe hitte-oordragkoëffisiënt

Dh = Hidrouliese deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei

kf = Termiese geleidingsvermoë vir vloeiende vloeistof in die pyp

Wrywingsfaktor vir laminêre vloei in pyp:

Wrywingsfaktor vir die laminêre vloei kan uitgedruk word as,

fD = 64/Re

waar,

fD = Wrywingsfaktor

Re = Reynolds-getal

waar,

ν = Die kinematiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is vierkante meter per sekonde

μ = Die dinamiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is kilogram per meter sekonde

ρ= Vloeistofdigtheid van die pyp en eenheid is kilogram per kubieke meter

v = Gemiddelde vloeisnelheid en eenheid is meter per sekonde

D = Deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei en eenheid is meter

ν = μ/ρ

Volledig ontwikkelde laminêre vloei in pyp:

Volledig ontwikkelde vloei kom voor wanneer die viskose effekte plaasvind vir die skuifspanning deur die vloeistofdeeltjies en buiswand skep 'n volledig ontwikkelde snelheidsprofiel. 

Om dit te laat verskyn, moet die vloeistof deur 'n lengte van 'n reguit buis gaan. Die snelheid van die vloeistof vir 'n ten volle ontwikkelde vloei sal op sy vinnigste wees by die middellyn van die buis (vergelyking 1 laminêre vloei).

Die snelheid van die vloeistof by die wande van die pyp sal teoreties nul wees.

Die vloeistofsnelheid kan uitgedruk word as 'n gemiddelde snelheid.

vc = 2Q/πR2……vergelyk (1)

Die viskeuse effekte word veroorsaak deur die skuifspanning tussen die vloeistof en die pypwand. Daarbenewens sal skuifspanning altyd teenwoordig wees, ongeag hoe glad die pypwand is. Die skuifspanning tussen die vloeistofdeeltjies is ook 'n produk van die muurskuifspanning en die afstand wat die molekules vanaf die muur is. Gebruik vergelyking 2 om skuifspanning te bereken.

As gevolg van die skuifspanning op die vloeistofdeeltjies sal 'n drukval voorkom. Gebruik vergelyking 3 om die drukval te bereken.

P2 = P1 – Δ P…… vgl (3)

Laastens sal die viskose effekte, drukval en pyplengte die vloeitempo beïnvloed. Om die gemiddelde vloeitempo te bereken, moet ons vergelyking 4 gebruik. 

Hierdie vergelyking kan slegs van toepassing wees op laminêre vloei.

Q = πD4ΔP/128μ L…… vgl (4)

Laminêre vloei in sirkelvormige pyp:

In 'n sirkelvormige pyp vanwaar vloeistof in laminêr vloei word die deursnee uitgedruk as D_c, vir daardie geval die wrywingsfaktor van die vloei is omgekeerd eweredig aan die Reynolds-getal waarmee ons maklik fisiese parameter kan publiseer of gemeet.

Deur die hulp van Darcy – Weisbach-vergelyking te gebruik, kan laminêre vloei in sirkelvormige pyp uitgedruk word as,

Δp/L = 128/π = μQ/D4c

waar,

Δp = Die hoeveelheid drukverskil wat in die twee eindpunte van die pyp voorkom

L = Lengte van die pyp waardeur vloeistof vloei

μ = Die dinamiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp

Q = Volumetriese vloeitempo van die vloeiende vloeistof in die pyp

In plaas van gemiddelde snelheid kan die vloeiende vloeistof in die pyp volumetriese vloeitempo gebruik word en die uitdrukking daarvan word hieronder gegee,

Dc = Deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei

Laminêre vloei in 'n silindriese pyp:

Die silindriese pyp wat een bevat vloeiende volle, eenvormige deursnee druk uit as D, die verlies aan druk vir die viskose effekte uit as \Delta p is direk eweredig aan die lengte.

Laminêre vloei in 'n silindriese pyp kan die hulp van Darcy gebruik – Weisbach-vergelyking word hieronder gegee,

waar,

Δp = Die hoeveelheid drukverskil wat in die twee eindpunte van die pyp voorkom

L = Lengte van die pyp waardeur vloeistof vloei

fD = Darcy wrywing faktor

ρ = Vloeistofdigtheid van die pyp

= Gemiddelde vloeisnelheid

DH = Hidrouliese deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei

Laminêre vloei in 'n pypsnelheidsprofiel:

Laminêre vloei kom teen baie lae snelhede voor, onder 'n drempel op daardie punt word die vloei van die vloeistof onstuimig.

Die pypsnelheidsprofiel vir laminêre vloei kan bepaal word deur die Reynolds-getal te gebruik. Die pypsnelheidsprofiel vir laminêre vloei hang ook af van die digtheid en viskositeit van die vloeiende vloeistof en afmetings van die kanaal.

waar,

Re = Reynolds-getal

ρ = Vloeistofdigtheid van die pyp en eenheid is kilogram per kubieke meter

u = Die gemiddelde spoed van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is meter per sekonde

μ = Die dinamiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is kilogram per meter sekonde

A = Dwarssnitoppervlakte van die pyp en eenheid is vierkante meter

Q = Volumetriese vloeitempo en eenheid is kubieke meter per sekonde

DH = Hidrouliese deursnee van die pyp waardeur vloeistof vloei en eenheid is meter

ν = Die kinematiese viskositeit van die vloeiende vloeistof in die pyp en eenheid is vierkante meter per sekonde

Die uitdrukking van ν is,

ν = μ/ρ

Laminêre vloei in vertikale pyp:

Vloei van vloeistof in laminêre in vertikale pyp word hieronder gegee,

Beeld - Die snelheidsprofiel wat met laminêre vloei geassosieer word, lyk soos 'n pak kaarte. Hierdie vloeiprofiel van 'n vloeistof in 'n pyp wys dat die vloeistof in lae optree wat oor mekaar gly;
Beeldkrediet – Wikipedia

Laminêre vloei in growwe pyp:

Die drukval in 'n volledig ontwikkelde laminêre vloei deur pyp is eweredig aan gemiddelde snelheid of gemiddelde snelheid in pyp. In laminêre vloei is die wrywingsfaktor onafhanklik van grofheid omdat grenslaag die grofheid bedek.

Indrani Banerjee

Hi..Ek is Indrani Banerjee. Ek het my baccalaureusgraad in meganiese ingenieurswese voltooi. Ek is 'n entoesiastiese mens en ek is 'n persoon wat positief is oor elke aspek van die lewe. Ek lees graag Boeke en luister na musiek. Kom ons koppel deur LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

Onlangse plasings