4. Turbulentne voolamine ja reinoldsi arv Turbulentne voolamine ehk turbulents ehk turbulentsus on vedeliku või gaasi voolamine, kus aineosakesed liiguvad korrapäratult, tekitades sageli keeriseid, kuigi samal ajal liigub kogu aine mass voolu suunas. Selline liikumine tekib asjaolust, et aineosakestel on lisaks voolusuunalisele kiirusele veel voolusuunaga ristisuunaline kiirus. Voolamist, mis pole turbulentne, nimetatakse laminaarseks voolamiseks. Nagu laminaarse voolamise puhul on ka turbulentsel voolamisel vedeliku voolukiirus suurim toru teljel, kuid erinevus maksimaalse ja keskmise kiiruse vahel on oluliselt väiksem. Turbulentsel voolamisel on maksimaalne voolukiirus 1,2 korda suurem keskmisest voolukiirusest, samal ajal kui laminaarsel voolamisel on maksimaalne voolukiirus 2 korda suurem keskmisest voolamiskiirusest. Reynoldsi arv (lühendatult Re) on vedelike ja gaaside voolamise laadi (laminaarne või turbulentne) määrav dimensioonita suurus[1].
Ruumala võrdeline absoluutse temperatuuriga •V = const, isohooriline protsess. Rõhk võrdeline absoluutse temperatuuriga 26.Laminaarne ja turbulentne voolamine (seletus, joonis) •Laminaarne voolamine – osakestel vaid voolu suunaline kiirus, liikumine kihiti. •Turbulentne voolamine – osakesed liiguvad korrapäratult. 26. 27. 28.Reynoldsi arv (valem, seletus) •Üleminek ei toimu järsult (lam<->turb) •Rekr puhul rõhukaod võrdsed nii laminaarsel kui turbulentsel voolamisel •Rekr kaudu saab määrata vkr, mis vastab vedeliku voolukiirusele, kus toimub üleminek. Hõõrdekaod suurenevad hüppeliselt. •Katselised lubatud maksimaalsed kiirused: 28.Hõõrdetakistus (seletus, moody diagramm, turbulentse voolamise valem) •Tingitud hõõrdumisest vastu torustiku seinu ja osakeste omavahelisest hõõrdumisest. Võrdeline teepikkusega. •Turbulentsel voolamisel sõltub Reynoldsi arvust, toru sisepinna karedusest ning läbimõõtust
uurimise tulemusena defineeris ta aastal 1883 kahte põhilist voolamise liiki: - laminaarne voolamine ehk selline voolamine, milles kõik vedeliku osakesed liikuvad paralleelselt ja sirgjooneliselt, ning - turbulentne voolamine, mille korral vedeliku osakeste trajektoorid on kaootilised, kuigi voolamine on seejuures ühesuunaline. Praktiliselt see tähendab seda, et laminaarsel voolamisel fluidumi kihid liiguvad teineteisega paralleelselt ning ei segune omavahel, ning turbulentsel voolamisel toimub erinevate fluidumi kihti segamine, tekivad keerised jms. O. Reynolds defineeris ka ühikuteta kriteeriumi, mille abil saab kirheldada fluidumi liikumist, ning mida tuntakse praegu kui Reynoldsi kriteeriumi (Re): de Re = , (3.36) µ kus de on toru või kanali ekvivalentdiameeter.
u= 4µ (r0 - r 2 ) , Laminaarvoolus on kiirusjaotus paraboolne, keskmine kiirus on võrdne poole maksimaalse Q 64 kiirusega. v = = 0,5u max Laminaarvoolus sõltub hõõrdetakistustegur ainult Reynoldsi arvust. = A Re 1.25 Turbulentse voolamise seaduspärasused Kiiruse pulsatsioon turbulentsel voolamisel on kiirus mis tahes vedelikupunktis igal hetkel isesugune. Hetkkiirust u on võimalik lahutada komponentideks ux, uy, uz, need muutuvad kogu aeg. Kuigi turbulentne voolamine on oma olemuselt ajas muutuv protsess ning kiiruse pulsatsioon näib täiesti korrapäratuna, kõigub kiiruse voolusuunaline T komponent siiski mingi ajalise keskväärtuse e. keskmiskiiruse u x ümber: u x = 1 / T u x dt
ning toru seinte karedusest, mis on saadud eksperimentaalandmete üldistamisel kasutades sarnasusteooriat. Vedeliku voo ühtlast liikuist kirjeldab võrrand: kus Eu on Euleri arv, mis väljendab rõhu- ja inertsijõudude suhet: ning Re on Reynoldsi arv, mis väljendab inertsi- ja viskoossusjõudude suhet: 1, 2 on geomeetrilise sarnasuse kriteeriumid. Laminaarsel voomalisel (Re < 2300) ei sõltu torustiku karedusest Turbulentsel voolamisel (Re > 2300) hüdrauliliselt siledates torudes (klaas-, vask-, tsink-, plastmasstorud) Turbulentsel isotermilisel voolamisel karedates torudes (teras-, malmtorud) kus . 2 Joonis 1.1. Hõõrdeteguri sõltuvus Re arvust toru seinte erinevate suhteliste kareduste korral Joonis 1.2. Hõõrdeteguri sõltuvus Reynoldsi arvust sileda seinaga toru korral 2. Vedelike väljavoolamine avadest
põhjavesi, vihmavee äravool väikse kaldega ja kivistunud/paakunud pinnasega nõlvadel või ka nt. asfalteeritud platsidelt). Laminaarne voolamine on iseloomulik peamiselt kui vee hulk on väike ja voolav vesi ei ole (jõudnud) veel moodustada ajutisi või püsivaid vooluteid. Laminaarse voolamisega kaasneb reeglina mõõduka intensiivsusega pindalaline erosioon, mille intensiivsuse ja püsivuse määratlevad taimkate (alustaimestik!) ja reljeef. Turbulentsel voolamisel on osakeste liikumine kõverdunud, tekivad keerised. Vedelikuosakesed liiguvad korrapäratult-segunevad üksteisega – korrapäratu liikumine keerukate trajektooride mööda. Turbulentne voolamine ehk turbulents ehk turbulentsus on selline vedeliku või gaasi voolamine, kus aineosakesed liiguvad korrapäratult, tekitades sageli keeriseid, kuigi samal ajal liigub kogu aine 2
on kiirussurve e kineetiline energia Bernoulli võrrand ideaalvedelikule - p1 w12 p w2 z1 + + = z 2 + 2 + 2 = const g 2 g g 2 g Bernoulli võrrand reaalvedelikule vedeliku voolamisel nt piki toru koguenergi pidevalt väheneb potentsiaalse energia kadude tõttu Hõõrdetakistus vedeliku voolamisel tekivad hõõrdumsed vastu toru seina ning viskoosuse tõttu höördumine vedelikekihtide vahel. Turbulentsel voolamisel lisandub sellele ka energiakadu osakeste turbulentse segamise tõttu. Neid kõiki nimetatakse hõõrdetakistuseks ja nende tõttu tekkivat survekadu hõõrdsurvekaoks hhõõrde 32lµ hhõõrde = gd 2 64 l 2 l 2 hhõõrde = * * = Re d 2 g d 2g Lambda hõõrdetegur. Siledate torude korral = 0,316 Re 0, 25
· Millised nendest andmetest koosnevad EKUKi poolt hallatavasse Eesti õhukvaliteedi juhtimissüsteemi? o Õhusaasteseire edastus ja arhiveerimine o Numbriline mudel Match o AirViro · Seadke ruumimastaabid o Saaste levik koos õhumassiga piki selle kõverjoonelist ja ajas muutuvat trajektoori, arvestadeska turbulentset hajumist sünoptiline skaala o Võrdselt oluline tähtsus on nii trajektooride geomeetrial kui ka turbulentsel hajumisel mesoskaala o Levik hoonete, järskude reljeefivormide, puude vahel ja kohal, olulise elemendina tänavakanjonid mikroskaala o Saasteaine leviku allatuult määrab kohalik tuulteväli, modelleerimise põhikeerukus seisneb turbulentses hajumises lokaalne skaala · Millised on pindallikad väikeriigi mastaabis? o Poole miljoni elanikuga linn o Autoliiklus tihedalt asustatud valla väiketeedel
Vedeliku voo ühtlast liikuist kirjeldab võrrand: Eu=φ ( ℜ , Γ 1 , Γ 2 ) kus Eu on Euleri arv, mis väljendab rõhu- ja inertsijõudude suhet: ∆p Eu= ( ρ w 2) ning Re on Reynoldsi arv, mis väljendab inertsi- ja viskoossusjõudude suhet: ρwd ℜ= μ Γ1, Γ2 on geomeetrilise sarnasuse kriteeriumid. Laminaarsel voomalisel (Re < 2300) λ ei sõltu torustiku karedusest 64 λ= ℜ 2 Turbulentsel voolamisel (Re > 2300) hüdrauliliselt siledates torudes (klaas-, vask-, tsink-, plastmasstorud) λ=0,316 ℜ−0,25 Turbulentsel isotermilisel voolamisel karedates torudes (teras-, malmtorud) 0,9 1 √λ =−2 log ε ( ( )) 3,7 + 6,81 ℜ e ε= kus de . Joonis 1.1
Nu=C*Re*n*Pr1/3 Kui Re* 0,01, siis C=0,0625; n=0,5 Kui Re*>0,01 siis C=0,125; n=0,65 19. Keemine voolamisel torudes alfa/alfa(w) =4*alfa(w)- alfa(k)/ (5*alfa(w)+ alfa(k)) kus alfa soojusülekandetegur keeva vedeliku voolamisel torus W/ m2*K alfa(k) soojusülekandetegur mullilisel keemisel suures ruumis, mis on määratud valemiga: Nu=C*Re*n*Pr1/3 Kui Re* 0,01, siis C=0,0625; n=0,5 Kui Re*>0,01 siis C=0,125; n=0,65 alfa(w) soojusülekandetegur ühefaasilise vedeliku turbulentsel voolamisel torus W/m2*K 20. Aurumulli tekke ja arengu mehhanism. Keemise reziimid Keemisreziimid on mulliline ja kelmeline. Reynoldsi arv, mille puhul toimub üleminek mulliliselt kelmelisele reziimile: q kr l* Re kr * = r ' ' Mulli raadius, mille korral ta lendub: c p 't k l* = ( r ' ' ) 2 kus ' tähistab vedelikku ja '' auru. 21. Soojusvahetite klassifikatsioon ja tüübid. Soojusvaheti arvutuse võrrandisüsteem Soojusvahetid on: 1) pindsoojusvahetid
Hõõrdetakistustegur sõltub toru siseseinte karedusest, õhu viskoossusest (temperatuurist) ja voolu liigist (laminaarne või turbulentne). Laminaarsel voola- misel, kui Re ≤ 2300, arvutatakse hõõrdetakistus valemiga 64 vD λ= ja Re = , (5.5) Re ν kus Re on Reynoldsi arv, ν – õhu kinemaatiline viskoossus. Turbulentsel voolamisel, kui Re = 2300…4000, võib kasutada valemit 75 0,303 λ= . (5.6) (lg Re − 0,9) 2 Kui Re = 4·103…100·103, siis 0,316 λ= . (5.7) Re 0,16 Keskmine õhu liikumiskiirus arvutatakse valemiga
liikidele. Hüdrodünaamilised protsessid mõjutavad tehnoloogiliste põhiprotsesside efektiivsust, nt: aitavad kiirendada soojuslikke protsesse, massiülekandeprotsesse jt. 17. Millised on 3 põhilist voolureziimi vedelike voolamisel? Laminaarne, üleminekureziim ja turbulentne reziim 18. Miks tuleb vedelike (agensi või toote) töötlemisel soojusvahetites eelistada turbulentset voolureziimi? Turbulentsel voolamisel liiguvad vedelikuosakesed kaootiliselt, keeriseliselt ning soojusenergia levib kiiremini. 2 19. Esitada 2 näidet protsessidest, kus on eelistatud laminaarne voolureziim (koos põhjendustega). Langeva kilega vaakumaparaat ja setteaparaat, separeerimine. Kui separeerimisel oleks plaatide vahel turbulentne vool, siis rasvakuulikeste eraldumine oleks häiritud ning rasvakadu lõssiga suur. Langeva kilega
Soojus, saab levida termodünaamilise tasakaalu puudumisel. Temperatuuriväli – Temperatuuri väärtused mingi süsteemi või keha kõikides punktides. laminaarne, Re>104 siis turbulentne. Temp.gradiendiks keha suvalises punktis k nim selle punkti A Sundvoolamisel (konvektsioonil) ja turbulentsel režiimil on juures oleva temp muutuse ja sellele muutusele vastavate isotermide vahelise ristlõigu N pikkuse suhte piirväärtust võrrand (üldkujul) Nu f (Re Pr) limN0t/N =grad t k/m, (gradient on max suunas). Fourier´I seadus (soojusjuht.põhiseadus) - Soojusvoog Q vabal voolamisel (konvektsioonil) Nu f (Gr Pr) n
Pd= v2/2 Dünaamiline rõhk iseloomustab jõudu, millega liikuv ollus temale ette jäävaid asju edasi lükkab. 55.Kuidas liigitub vedelik voolamise järgi? Esineb kahte liiki voolamist: 1)kui vedelik jaotuib kihtideks, mis libisevad üksteise suhtes nim voolamist laminaarseks. 2)kui suurendada voolukiirust või muuta ristlõike mõõtmeid, muutub ka vedeliku liikumise iseloom. Vedelikus tekib kihtide energiline segunemine. Niisugust liikumist nimetatakse turbulentseks. Turbulentsel voolamiselmuutub osakeste kiirus korrapäratult. 56.Millest sõltub vedeliku kihtide kiirus torus? Valem. Vedeliku kihtide kiirus torus sõltub ristlõike muutumisest voolutorus, rõhu muutumisest voolutorus ja turbulentsest voolamisest. 57.Mis on Reynolds´i arv? Millest ta sõltub? Reynoldsi arv on dimensioonitu suhtarv vedelike mehaanikas(kõige olulisem mõõtmatusuurus vedelike dünaamikas)
käsiraamatutes. Need võrrandid on koostatud erinevatele konvektsiooni tingimustele. Selleks, et valid õige võrrand on kõigepealt vaja kindlaks teha voolamise reziim, selleks on vaja aga d Re = tarvis arvutada Reynoldsi arvu ja kui Re<2300-siis on tegu laminaarse 4 voolamisega Re>10 siis on tegu puhtkujul turbulentse voolamisega. Sundvoolamisel (konvektsioonil) ja turbulentsel reziimil on võrrand (üldkujul) Nu = f (Re Pr) ja vabal voolamisel (konvektsioonil) Nu = f (Gr Pr) n 42. Soojuskiirgus ( põhiseadused, mustsusaste, neeldumine, peegeldumistegur, läbitavus tegur) Soojuskiirguse all mõistetakse elektromagnetilist lainetust (nende kaudu soojuse üle andmist). Kusjuures kiirgava keha siseenergia muundub elektromagnetlainete ja footonite kiirguseenergiaks
värvilisi suitsujugasid või vedelikku peeni värvitud vedeliku jugasid Keeriseline voolamine on vedeliku või gaasi voolamine mööda kinnist trajektoori (enam vähem ringjoonelist. Näiteid: vee voolamine statsionaarses veekeerises või õhu voolamine keeristormis (trombis). Turbulentne voolamine on voolamise rezhiim, kus lisaks gaasi või vedeliku translatoorsele liikumisele lisandub ka keeriseline liikumine voolava keskkonna sees. Turbulentsel voolamisel omavad voolujooned väga keerukat kuju ja nende praktiline visualiseerimine ei ole võimalik. Voolukiiruse suurenedes läheb iga reaalse vedeliku voolamine üle laminaarsest turbulentseks. Staatiline rõhk on rõhk, mis voolavas vedelikus või gaasis mõjub ühtlaselt igas suunas.Staatiline rõhk väheneb voolikiiruse kasvades ja on pöördvõrdeline voolukiiruse ruuduga.
annaabi.ee 
