Шляхи зменшення турбулентності у внутрішніх потоках

Часто бажано знизити рівень турбулентності у внутрішньому потоці без зміни числа Рейнольдса або рідини . Це можна виміряти за інтенсивністю турбулентності , хоча інші заходи можуть бути кращими за різних обставин. Я не бачив гарної компіляції цих методів, і я вважаю, що така збірка може бути дуже корисною для інженерів.

Нижче наведено способи, про які я знаю:

• Випрямлячі потоку зменшують турбулентність і завихрення, але мають супутній перепад тиску. Ви також можете отримати подібні ефекти з сітками, пористими середовищами та волокнами.

• Загальноприйнята думка, що перехід турбулентності починається в трубопроводах при номерах Рейнольда приблизно , але ламінарні потоки при набагато більшій кількості Рейнольдса можуть бути отримані з більш якісними експериментальними установками, як це розглянуто в цій оглядовій роботі про перехід турбулентності в потоках труби :$2300$

  Експериментальні дані свідчать про те, що ламінарний стан може бути досягнутий у трубопроводах у широкому діапазоні рекорд Pfenniger (1961) при . Сам Рейнольдс зумів досягти , а Екман (1911) пізніше покращив це до використовуючи оригінальний апарат Рейнольдса. Було багато інших (Barnes & Coker 1905, Draad et al. 1998, Gilbrech & Hale 1965, Goldstein 1965, Hof et al. 2003, Nishi et al. 2008, Paterson & Abernathy 1972, Schiller 1921, Wygnanski & Champagne 1973) які досягли потоку Хагена-Пуазеля в широкому діапазоні більше 20 000, що є верхнім значенням на рисунку 2. Досягнення ламінарних потоків при високих значенняхR e = 100 , 000 R e = 13 , 000 ∼ 50 , 000 R e R $Re$$Re = 100,000$$Re = 13,000$$∼50,000$$Re$$Re$ є показником якості експериментальної споруди і дає певну впевненість, що спостереження не будуть забруднені сторонніми фоновими порушеннями, такими як ефекти вхідного потоку, конвекція та геометричні нерівності.

  Як я розумію, крім перерахованих вище ефектів, шорсткість поверхні та вібрація також можуть викликати турбулентність, тому ви можете затримати розвиток турбулентності з більш гладкими поверхнями та / або демпфування вібрації в деяких випадках. Стандартні критерії переходу видаються правильними, але для систем, які не вживають спеціальних запобіжних заходів для усунення порушень.

• Реламінаризація - це коли турбулентний потік стає ламінарним і є більш суворою версією того, що я готую . Мені цікаво зменшити рівень турбулентності. Потік все ще може залишатися бурхливим, тим більше. Ось кілька способів зробити це, обговорені в цій оглядовій статті :

  • розсіювання турбулентності (може статися від збільшення труби)
  • вигнуті або обертові потоки (хоча можуть ввести завихрення)
  • прискорення (може статися від стиску в трубі)

• Існує ряд робіт про придушення турбулентності за допомогою звукового випромінювання або вібрації. Я не знаю багато про це, але знаю, що воно існує. Якщо хтось знає більше про це чи знає гарне місце, щоб дізнатися більше, мені цікаво.

Якщо ви можете повністю змінити рідину, це може бути хорошим варіантом для зменшення турбулентності, зменшивши кількість Рейнольдса. Існують також різноманітні добавки (в основному для води?), Які можуть пригнічувати турбулентність (полімери, волокна, в'язкі рідини тощо), але це вже інший предмет.

Які ще існують методи?

Я думаю, у вас є досить вичерпний список. Деякі речі можуть бути більш загальними, наприклад, випрямлячі потоку можуть також включати крила для коригування потоку навколо тупої геометрії.

Інша геометрія, яка може потрапити до вашої сфери, може ізолювати бурхливі ділянки потоку від ламінарних ділянок потоку. Як, наприклад, в індикаторі потоку кульок, що обертається .

Ось основні фізичні способи, на які я бачу, що турбулентність знижується. Деякі ваші приклади потрапляють у більш ніж одну категорію, але я думаю, що дивитись на це з боку фізики буде набагато більше сенсу і дасть вам можливість отримати більше способів.

Зменшення турбулентності:

1. Зміна числа Рейнольдса; властивості рідини, швидкість, масштаб.
2. Зміна геометрії; неглибокі розбіжні стінки, крила, проточні випрямлячі, проточні ізолятори
3. Зменшення розміру Едді; наприклад, вібрація або тремтіння можуть сприяти формуванню малих вихрів замість великих закруглень, аерофолів, випрямлячів потоку
4. Розсіювання турбулентності до тепла (відведення енергії); випрямлячі потоку, пористі середовища, волокна або полімери, суспендовані в рідині.

Шкіра дельфіна, здається, має властивості, що обмежують тягнуть, також зменшуючи турбулентність:

Наприкінці 50-х років аеродинамік Макс Крамер заявив, що дельфін забезпечив низький рівень тягання тертя, підтримуючи ламінарний потік над більшістю частин свого тіла. Шкіра дельфіна, що має незвично впорядковану внутрішню структуру, вважалася природним сумісним стінкою, що ефективно зменшує порушення потоку в прикордонному шарі

( Павлов: Шкіра дельфінів як природна анізотропна стінка )

Що стосується пояснення того, як і чому це працює, хтось, хто більше розуміє динаміку рідини, ніж я, повинен прочитати документ. Я б підозрював, що деякі анізотропні властивості шкіри означають, що рух, ортогональний потоку, поглинається, енергія розсіюється. Але це чиста здогадка на даний момент.

Додавши до зазначених вище ідей та прийомів, у гнучких трубах, поряд із гнучкістю, ми можемо мати нитки (джгутик) на стінах. Вони можуть розсіювати кенетичну енергію турбулентності для того ж .$Re$

Але ми повинні платити інтермерам втрат тиску.

Адресація ламінарного внутрішнього перетягування всередині труби; на горизонті є нова технологія, що розвивається, під назвою STIC; який використовує методи для розбиття перетягування прямолінійного граничного шару, а потім надання методу для відсмоктування частин цієї турбулентності в окрему камеру, яку потрібно охолодити і знову ввести назад у зону зовнішньої поверхні. Цей процес використовує принципи "збереження енергії" для прискорення центрального потоку; безперервно кровоточить потяг прикордонного шару і турбулентність в окрему порожнину обробки. цей новий метод не вимагає переміщення деталей. Нещодавні випробування на родовищах Бакенської нафти здатні втричі перевищити витрату нафти з високим рівнем сірководню. Нова система спочатку призначена для покращення швидкості потоку рідини в різних пристроях та додатках. Використання цього способу вивантаження нафтових танкерів;