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潔凈室氣流的狀態(tài)

更新時(shí)間:2022-07-20  |  點(diǎn)擊率:1890

一、幾種基本流動(dòng)狀態(tài)
1、穩(wěn)定流與不穩(wěn)定流
流體質(zhì)點(diǎn)的各種運(yùn)動(dòng)要素僅因質(zhì)點(diǎn)所在位置而異,不因時(shí)間t而變化,這種運(yùn)動(dòng)叫穩(wěn)定流。如果各種運(yùn)動(dòng)要素都是位置(x,y,z)與時(shí)間(t)的函數(shù),這種流動(dòng)叫不穩(wěn)定流。
2、漸變流與突變流
當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)有如下情況時(shí),叫做漸變流。如圖所示,其特點(diǎn)是:


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(1)流線之間的夾角β很小,即流線之間基本是等距的。
(2)流線的曲率半徑R最大,即流線接近直線(結(jié)合上一點(diǎn),故流線接近平行),因而慣性力可忽略。不符合以上兩種情況的流動(dòng)就是突變流。
3、均勻流與非均勻流
在漸變流中,凡是滿足以下兩個(gè)條件的,叫均勻流:
(1)沿流長度上各斷面的形狀和大小相同。
(2)同一條流線上的任意兩點(diǎn)上的流速相同。由此可見,均勻流是漸變流的極限情況。
只要不具有以上兩個(gè)條件中的任何一個(gè),就是非均勻流。如下圖(a)所示的是不具備上述兩個(gè)條件的;(b)所示進(jìn)口段不具備第二個(gè)條件;(c)所示的才同時(shí)具備兩個(gè)條件。

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4、層流與紊流
流層與流層間沒有流體質(zhì)點(diǎn)交換的流動(dòng),叫層流,反之即為紊流。
對(duì)于管流來說,當(dāng)Re由大降低到2400以下時(shí),即轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳎?dāng)Re由小升高時(shí),一般到13800即轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。但也常常不固定,可以升高?05仍保持層流,這主要取決于來流穩(wěn)定性。
由于在紊流狀態(tài)時(shí)流體是以無規(guī)則的相互摻混方式進(jìn)行的,隨時(shí)間t而變化,所以紊流在實(shí)質(zhì)上不是穩(wěn)定流。但如果取一稍長的時(shí)段T,取其平均速度(也稱時(shí)均速),即

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如果來流條件不變,雖然是紊流,也可以有不變的時(shí)均速,仍稱為穩(wěn)定流。也就是說,對(duì)于這種紊流雖然不能畫出它的瞬時(shí)流線,但可以畫出時(shí)均流線。反之,如果沒有不變的時(shí)均速,當(dāng)然是不穩(wěn)定流了。在所研究的范圍內(nèi),遇到的是前一種情況。在潔凈室中,若從流動(dòng)的雷諾數(shù)Re來考慮,則都屬于紊流流動(dòng)。
二、紊流過程的物理狀態(tài)
1、紊流形成的過程
(1)渦體的形成。
(a)黏滯性。在流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,由于黏滯性而在流層之間產(chǎn)生切應(yīng)力。對(duì)于某一L層來說,在它某一邊流速較大的流層加于它的切應(yīng)力是順流向的,另一邊流速較小的流層加于它的切應(yīng)力是逆流向的。因此對(duì)于這一L層來說,有構(gòu)成力矩、促成渦體產(chǎn)生的傾向。
(b)波動(dòng)性。如果因某種愿因使流層發(fā)生了垂直于流體運(yùn)動(dòng)方向的波動(dòng),則在凸起一邊,由于擠壓而使通過斷面減小,流速增大;反之,凹入一邊斷面增大,流速減小。這種兩邊流速的差異同樣進(jìn)一步促成渦體的產(chǎn)生。
(2)渦體形成后脫離原流層,沖入鄰近流層。
一旦形成渦體,由于流速較大流層與渦體旋轉(zhuǎn)方向一致,流速較小流層與渦體旋轉(zhuǎn)方向相反,將使流速較大流層的流速更大,流速較小流層的流速更小。流速增大的地方壓力減小,流速減小的地方壓力增大,形成垂直于流向的壓差;當(dāng)該壓差足以克服阻力后,就推動(dòng)渦體脫離原流層,沖入鄰近流層。只要具備了在某些流層中形成渦體并沖入鄰層的這兩個(gè)條件,由于流動(dòng)的連續(xù)性,勢(shì)必要進(jìn)行渦體的交換和流體間的相互補(bǔ)充。由此而產(chǎn)生的紊亂將影響到更遠(yuǎn)的流層。如果最初形成的渦體較強(qiáng)較多,則可以使整個(gè)流動(dòng)狀態(tài)*改觀。
2、紊流的特點(diǎn)
根據(jù)上述對(duì)于紊流形成過程的物理狀態(tài)的分析,可以歸納出紊流有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)大的雷諾數(shù)。
(2)不規(guī)則性。
(3)擴(kuò)散性。
(4)三度的渦動(dòng)。
(5)由于黏性而使能量較快的消耗。
除上述特點(diǎn)外,紊流流動(dòng)還取決于來流條件。如果來流不平靜,能產(chǎn)生微小的波動(dòng),也可促成渦體產(chǎn)生。這也說明為什么雷諾數(shù)沒有固定的上臨界值。





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