|
ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 7:25 μ.μ. | | | | | Best Blogger Tips

ΙΞΩΔΕΣ

ΙΞΩΔΕΣ
ΙΞΩΔΕΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Έχουμε θεωρήσει μέχρι στιγμής ότι τα ρευστά ρέουν χωρίς να αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής στο εσωτερικό τους.Αυτές οι δυνάμεις τριβής αντιτίθενται στην κίνηση ενός τμήματος του ρευστού ως προς ένα άλλο τμήμα του.
Οι δυνάμεις τριβής αντιτίθενται στην κίνηση ενός τμήματος του ρευστού ως προς ένα άλλο τμήμα του
 Όμως για πραγματικά ρευστά οι δυνάμεις τριβής υπάρχουν.Αυτές οι δυνάμεις έχουν πολύ σημαντικές πρακτικές εφαρμογές.Για παράδειγμα η λίπανση των τμημάτων μιας μηχανής θα ήταν αδύνατη αν το λιπαντικό δεν παρουσίαζε κατά τη ροή του τέτοιες δυνάμεις τριβής.
Αυτή η αντίσταση στην κίνηση στρωμάτων του ρευστού είναι ένα είδος εσωτερικής τριβής,που ονομάζεται ιξώδες
 Τα ρευστά δεν αντέχουν σε διατμητικές παραμορφώσεις.Πάντως τα ρευστά αντιστέκονται σε μικρό βαθμό στη διατμητική κίνηση.Αυτή η αντίσταση στην κίνηση στρωμάτων του ρευστού είναι ένα είδος εσωτερικής τριβής,που ονομάζεται ιξώδες.Στην περίπτωση των υγρών το ιξώδες οφείλεται στη δύναμη τριβής ανάμεσα σε παρακείμενα στρώματα του ρευστού καθώς αυτά ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο.
Στην περίπτωση των υγρών το ιξώδες οφείλεται στη δύναμη τριβής ανάμεσα σε παρακείμενα στρώματα του ρευστού καθώς αυτά ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο
 Από το ακόλουθο παράδειγμα μπορούμε να καταλάβουμε καλύτερα το μέγεθος του ιξώδους ενός ρευστού.Παίρνουμε δυο τζάμια,στερεώνουμε καλά το ένα πάνω στο άλλο και αλείφουμε την πάνω επιφάνεια του με λάδι.Τοποθετούμε το δεύτερο τζάμι επάνω στο πρώτο και το κινούμε ελαφρά.Θα δούμε ότι ολισθαίνει με ευκολία.Εάν όμως αντί για λάδι βάλουμε πίσσα ανάμεσα στα δυο τζάμια,θα δούμε ότι είναι δυσκολότερο να κινήσουμε το ένα τζάμι πάνω στο άλλο.Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι η πίσσα έχει μεγαλύτερο ιξώδες από ότι το λάδι.

ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ

 Στη μηχανική των ρευστών διατμητική τάση ονομάζεται η δύναμη που συνηθέστερα παραμορφώνει τα ρευστά στη ροή τους,ανεξάρτητα το πόσο μικρή μπορεί να είναι.
Στη μηχανική των ρευστών διατμητική τάση ονομάζεται η δύναμη που συνηθέστερα παραμορφώνει τα ρευστά στη ροή τους,ανεξάρτητα το πόσο μικρή μπορεί να είναι
 Ας θυμηθούμε ότι σε ένα στερεό που υπόκειται σε διατμητική τάση τα παρακείμενα στρώματα μετατοπίζονται το ένα ως προς το άλλο.Κατά αναλογία,όταν τα παρακείμενα στρώματα ενός ρευστού υφίσταται διατμητική τάση,κινούνται το ένα ως προς το άλλο.Θεωρούμε ότι από τα δυο στρώματα το ένα είναι ακίνητο,ενώ το άλλο κινείται προς τα δεξιά υπό την επίδραση μιας εξωτερικής δύναμης F.
Εφαρμογή διατμητικής τάσης στην κορυφή του ορθογωνίου ενώ η βάση παραμένει σταθερή.Η διατμητική τάση που προκύπτει παραμορφώνει το ορθογώνιο σε ένα παραλληλόγραμμο
  Ως διατμητική τάση χαρακτηρίζεται το πηλίκο της παράλληλης ή εφαπτομενικής δύναμης που εφαρμόζεται σε μια επιφάνεια ρευστού,προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής.
Ως διατμητική τάση χαρακτηρίζεται το πηλίκο της παράλληλης ή εφαπτομενικής δύναμης που εφαρμόζεται σε μια επιφάνεια ρευστού,προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής
 Άρα εξ ορισμού,η διατμητική τάση ισούται με τον λόγο F/A:
  

                                                                                τ=F/A

όπου:
τ η διατμητική τάση,
F η παράλληλη συνιστώσα της δύναμης εφαρμογής,
Α η επιφάνεια εφαρμογής.
 Μονάδα μέτρησης της διατμητικής τάσης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το ένα πασκάλ 1 Ρα που είναι ίσο με 1 Νιούτον (μονάδα ασκούμενης δύναμης) ανά τετραγωνικό μέτρο (μέτρο επιφάνειας εφαρμογής στο SI):

                                                                                1 Ρα=1 Ν/m2

 Συνέπεια του παραπάνω ορισμού είναι ότι κάθε ρευστό (υγρό ή αέριο) που βρίσκεται σε ισορροπία δε δέχεται διατμητική τάση.
 Η διατμητική τάση εφαρμόζεται εφαπτομενικά σε αντίθεση με την πίεση που εφαρμόζεται κάθετα στην επιφάνεια του ρευστού.

ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ

 Μετά από μικρό χρονικό διάστημα,μέρος του υγρού έχει παραμορφωθεί λόγω αυτής της κίνησης και το αρχικό σχήμα έχει μεταβληθεί.Το υγρό έχει υποστεί διατμητική παραμόρφωση.
 Εξ ορισμού η διατμητική παραμόρφωση ισούται με τον λόγο Δx/l:
 Επομένως:

                                                                                     γ=Δx/l

όπου:
γ η διατμητική παραμόρφωση,
Δx η απόσταση που μετατοπίστηκε το ρευστό,
l το πάχος του ρευστού. 
Η διατμητική παραμόρφωση ισούται με τον λόγο Δx/l
 Η επάνω πλάκα και το παρακείμενο της υγρό κινούνται με μέτρο ταχύτητας υ.Δηλαδή στο χρονικό διάστημα Δt το υγρό δίπλα στην επάνω πλάκα μετατοπίστηκε κατά απόσταση Δx=υ·Δt.
 Η διατμητική παραμόρφωση ανά μονάδα χρόνου είναι:

                                                                                     γ/Δt=Δx/l/Δt=υ/l

 Η εξίσωση αυτή λέει ότι ο ρυθμός μεταβολής της διατμητικής παραμόρφωσης είναι υ/l.


ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΤΡΙΒΗ ΜΕΣΑ ΣΕ ΕΝΑ ΥΓΡΟ

 Θεωρούμε δύο γυάλινες οριζόντιες πλάκες εμβαδού Α όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Σταθεροποιούμε την κάτω πλάκα και απλώνουμε πάνω της ένα στρώμα από μέλι πάχους l.Μετά τοποθετούμε τη δεύτερη πλάκα πάνω στο μέλι και τη μετακινούμε με σταθερή ταχύτητα υ σε σχέση με την κάτω ακίνητη πλάκα.Διαπιστώνουμε ότι για να συνεχιστεί η κίνηση απαιτείται να ασκηθεί κάποια δύναμη F.Η δύναμη αυτή απαιτείται για να αντισταθμίσει τις τριβές (ιξώδες),που αναπτύσσονται μεταξύ των στρωμάτων του μελιού που κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο.
Στρώμα υγρού που περιέχεται μεταξύ δύο γυάλινων οριζόντιων πλακών,από τις οποίες η κάτω είναι ακίνητη ενώ η επάνω κινείται με ταχύτητα υ
 Βλέπουμε ότι το ανώτερο στρώμα έχει προσκολληθεί στην πάνω πλάκα και κινείται με ταχύτητα υ ενώ το κατώτερο έχει προσκολληθεί στην κάτω πλάκα και παραμένει ακίνητο.Όλα τα ενδιάμεσα στρώματα έχουν ταχύτητες διαφορετικές μεταξύ τους, που αυξάνουν σταδιακά από 0 έως υ καθώς πηγαίνουμε από την κάτω πλάκα προς την πάνω.
Διάγραμμα ταχυτήτων για ένα ρευστό σε κυλινδρικό σωλήνα ακτίνας R
 Τώρα αντικαθιστούμε το μέλι με ένα άλλο ρευστό που ρέει ευκολότερα,για παράδειγμα το λάδι.Διαπιστώνουμε ότι η δύναμη που πρέπει να ασκούμε στην πάνω πλάκα για να διατηρείται η ταχύτητά της σταθερή είναι μικρότερη.Επίσης η δύναμη είναι μικρότερη εάν,για το ίδιο ρευστό,μεταξύ των πλακών αυξήσουμε το πάχος του l.
Ιξώδες
 Αντίθετα η δύναμη γίνεται μεγαλύτερη αν οι επιφάνειες των πλακών είναι μεγαλύτερες ή αν επιχειρήσουμε να μετακινήσουμε την πάνω πλάκα με μεγαλύτερη ταχύτητα.
Το ιξώδες μετριέται με ειδικό όργανο που λέγεται ιξωδόμετρο
 Μπορούμε να αποδείξουμε ότι το μέτρο της δύναμης F δίνεται από τη σχέση:

                                                                                     F=n·Α·υ/l

 Το ιξώδες μετριέται με ειδικό όργανο που λέγεται ιξωδόμετρο.

ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΙΞΩΔΟΥΣ

 Ορίζουμε ότι ο συντελεστής ιξώδους η (ή εσωτερικής τριβής) του ρευστού ισούται με το λόγο της διατμητικής τάσης προς τον ρυθμό μεταβολής της διατμητικής παραμόρφωσης:

                                                                                     n=F/Α/υ/l=F·l/Α·υ

 O συντελεστής ιξώδους n είναι χαρακτηριστικός κάθε ρευστού.
Ορίζουμε ότι ο συντελεστής ιξώδους (ή εσωτερικής τριβής),η,του ρευστού ισούται με το λόγο της διατμητικής τάσης προς τον ρυθμό μεταβολής της διατμητικής παραμόρφωσης
 Η μονάδα μέτρησης του συντελεστή ιξώδους στο S.I. είναι:

                                                                                     1 Ν·s/m2  

 Στο παρακάτω πίνακα θα βρούμε τον συντελεστή ιξώδους για διάφορα  ρευστά.

Ρευστόθ (οC)Συντελεστής ιξώδους
η (Ν s/m2)
Νερό    201,0 x10-3
Νερό    1000,3 x10-3
Αίμα     372,7 x10-3
Γλυκερίνη          20830 x10-3
Μηχανέλαιο (δεκάρι)30250 x10-3

ΝΕΥΤΩΝΕΙΑ ΡΕΥΣΤΑ

 Νευτώνεια ρευστά ονομάζονται τα ρευστά που υπακούουν στην εξίσωση n=F·l/Α·υ.
Νευτώνεια ρευστά ονομάζονται τα ρευστά που υπακούουν στην εξίσωση n=F·l/Α·υ
 Χαρακτηρίζονται όσα εμφανίζουν τις αποτρεπτικές ιδιότητες των προηγουμένων π.χ. το νερό,υδατικά διαλύματα,ορισμένοι υδατικοί διαλύτες,τα αραιά αιωρήματα και γαλακτώματα,καθώς και όλα τα αέρια.
Το αίμα είναι ένα αιώρημα στερεών σωματιδίων μέσα σε υγρό.Καθώς αυξάνει η ταχύτητα ροής τα σωματίδια παραμορφώνονται και προσανατολίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να διευκολύνουν τη ροή
 Το αίμα παρουσιάζει κάποια ενδιαφέρουσα ιδιαιτερότητα.Το αίμα είναι ένα αιώρημα στερεών σωματιδίων μέσα σε υγρό.Καθώς αυξάνει η ταχύτητα ροής,για να μην αυξηθούν υπέρμετρα οι εσωτερικές τριβές,τα σωματίδια παραμορφώνονται και προσανατολίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να διευκολύνουν τη ροή.

ΜΗ ΝΕΥΤΩΝΕΙΑ ΡΕΥΣΤΑ

 Στο σημείο αυτό πρέπει να επισημάνουμε ότι δεν υπακούουν όλα τα ρευστά στην εξίσωση.Δεν υπάρχει σε όλα τα ρευστά γραμμική αναλογία ανάμεσα στην εσωτερική τριβή που παρουσιάζουν κατά τη ροή τους και την ταχύτητα ροής.
Μη νευτώνεια ρευστά
 Η παραπάνω εξίσωση που ορίζει τον συντελεστή ιξώδους η ισχύει μόνον εάν το μέτρο της ταχύτητας μεταβάλλεται γραμμικά συναρτήσει του πάχους του ρευστού.Τότε λέμε ότι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας συναρτήσει του πάχους είναι σταθερός.Εάν δεν είναι,τότε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τον γενικό τύπο του η:

                                                                                    n=F/Α/dυ/dy

 Αυτά τα ρευστά ονομάζονται μη νευτώνεια ρευστά.
Τα μη νευτώνεια ρευστά χαρακτηρίζονται συνήθως υγρά που παρουσιάζουν μικρότερης κλίμακας ιδιότητες των φυσικών ρευστών,δηλαδή χαμηλό ιξώδες
 Τέτοια χαρακτηρίζονται συνήθως υγρά που παρουσιάζουν μικρότερης κλίμακας ιδιότητες των φυσικών ρευστών,δηλαδή χαμηλό ιξώδες ιδιαίτερα όταν υποβάλλονται σε ανάδευση και γίνονται περισσότερο λεπτόρρευστα,όπως,για παράδειγμα,το τυπογραφικό μελάνι,οι διάφορες βαφές (ελαιοχρώματα κ.λπ.).
Στα μη νευτώνεια ρευστά υπάγονται τα πυκνά αιωρήματα
 Επίσης σ΄ αυτή τη κατηγορία υπάγονται τα πυκνά αιωρήματα καθώς και τα διάφορα πυκνά γαλακτώματα.

ΑΡΙΘΜΟΣ ΤΟΥ REYNOLDS 

 Όταν τα παρακείμενα στρώματα ενός ρευστού με ιξώδες ρέουν στρωτά το ένα πάνω στο άλλο,αυτή η σταθερή ροή ονομάζεται στρωτή ροή.
 Σε μεγάλες όμως ταχύτητες η ροή του ρευστού μεταβάλλεται και από στρωτή ροή γίνεται τελείως ακανόνιστη και τυχαία,οπότε ονομάζεται τυρβώδης ροή.Η ταχύτητα κατά την οποία αρχίζει η τυρβώδης ροή εξαρτάται από το ιξώδες του ρευστού και από την γεωμετρία του περιβάλλοντος μέσου.
Η περίπτωση ροής γύρω από σφαίρα
 Μπορούμε να δώσουμε πολλά παραδείγματα τυρβώδους ροής.Το νερό ενός ρυακιού που έχει πολλές πέτρες και ο καπνός που βγαίνει από τους καπνοδόχους ρέουν τυρβωδώς.Επίσης τα απόνερα ενός ταχύπλοου σκάφους και ο αέρας πίσω από ένα αεροπλάνο κινούνται τυρβωδώς.
Ο Osborne Reynolds(23 Αυγούστου 1842-21 Φλεβάρη 1912) ήταν φυσικός της δυναμικής των ρευστών.Οι μελέτες του για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ των στερεών και υγρών έφερε βελτιώσεις στο λέβητα και στον σχεδιασμό του συμπυκνωτή
 Έχει διαπιστωθεί από διάφορα πειράματα ότι η αρχή της τυρβώδους ροής προσδιορίζεται από μια παράμετρο που ονομάζεται αριθμός του Reynolds,ο οποίος ισούται με:

                                                                                       RN=ρ·υ·d/η

όπου:
RN ο αριθμός του Reynolds,
ρ η πυκνότητα του ρευστού,
υ το μέτρο της ταχύτητας του ρευστού,
ένα χαρακτηριστικό μήκος που έχει σχέση με την ροή,
η ο συντελεστής ιξώδους του ρευστού.
Η ποιοτική συμπεριφορά της ροής ρευστού σε ένα κύλινδρο εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό Reynolds
 Για ροή δια μέσου ενός σωλήνα το d ισούται με τη διάμετρο του σωλήνα ενώ για τη περίπτωση ροής γύρω από σφαίρα το ισούται με τη διάμετρο της σφαίρας.
 Από διάφορα πειράματα γνωρίζουμε ότι εάν ο αριθμός του Reynolds είναι μικρότερος από 2.000,τότε η ροή είναι στρωτή.Εάν ο αριθμός του Reynolds είναι μεγαλύτερος από 3.000,η ροή είναι τυρβώδες.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

|
ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 7:01 μ.μ. | | | | | | | | Best Blogger Tips

ΠΑΡΟΧΗ

ΠΑΡΟΧΗ
ΠΑΡΟΧΗ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η μελέτη των ρευστών που κάναμε μέχρι τώρα περιοριζόταν σε ακίνητα ρευστά.Τώρα όμως θα μελετήσουμε ρευστά που κινούνται.Αλλά αντί να προσπαθήσουμε να μελετήσουμε την κίνηση κάθε μορίου του ρευστού ως συνάρτηση του χρόνου,θα ακολουθήσουμε τον συνήθη τρόπο και θα περιγράψουμε τις ιδιότητες του ρευστού σε κάθε σημείο του συναρτήσει του χρόνου.
Κατά την κίνηση των ρευστών αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής μεταξύ των μορίων τους αλλά και μεταξύ των μορίων τους και των τοιχωμάτων του σωλήνα μέσα στον οποίο πραγματοποιείται η κίνηση 
 Κατά την κίνηση των ρευστών αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής μεταξύ των μορίων τους.Οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται εσωτερικές τριβές.
 Επίσης αναπτύσσονται δυνάμεις και μεταξύ των μορίων τους και των τοιχωμάτων του σωλήνα μέσα στον οποίο πραγματοποιείται η κίνηση.Οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται δυνάμεις συνάφειας.

ΣΤΡΩΤΗ ΡΟΗ

 Όταν ένα ρευστό κινείται,η κίνηση του περιγράφεται ως μια από δυο είδη κίνησης.Όταν κάθε μόριο του ρευστού ακολουθεί στρωτή τροχιά,οι τροχιές των μορίων δεν τέμνονται.Αν η συνολική εικόνα της ροής δεν αλλάζει µε το χρόνο λέμε ότι η ροή είναι στρωτή ή στάσιμη ή μόνιμη.
Στρωτή ή στάσιμη ή μόνιμη ροή ονομάζεται η ροή που μπορεί να περιγραφτεί με την παραδοχή ότι το ρευστό αποτελείται από πολλά λεπτά στρώματα που ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο
 Στρωτή ή στάσιμη ή μόνιμη ροή ονομάζεται η ροή που μπορεί να περιγραφτεί με την παραδοχή ότι το ρευστό αποτελείται από πολλά λεπτά στρώματα που ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο.
Στην στρωτή ροή,η ταχύτητα του ρευστού σε κάθε σημείο του χώρου παραμένει σταθερή ως προς τον χρόνο
 Έτσι στην στρωτή ροή,η ταχύτητα του ρευστού σε κάθε σημείο του χώρου παραμένει σταθερή ως προς τον χρόνο.
Στη στρωτή ροή τα σωµατίδια του ρευστού κινούνται κατά µήκος παραλλήλων τροχιών,σε στρώµατα.
 Η στρωτή ροή ενός ρευστού δεν παρουσιάζει στροβίλους.Στη στρωτή ροή τα σωµατίδια του ρευστού κινούνται κατά µήκος παραλλήλων τροχιών,σε στρώµατα.Τα µεγέθη των ταχυτήτων γειτονικών στρωµάτων δεν είναι ίσα.
Εικόνα παράλληλης ροής είναι εκείνη του νερού από τις βρύσες
 Κατά την στρωτή ροή το ρευστό ρέει σε παράλληλες προς τον άξονα του αγωγού γραμμές δίνοντας έτσι την εικόνα της ομαλής ή στρωτής ροής.Συνήθης εικόνα παράλληλης ροής είναι εκείνη του νερού από τις βρύσες.
Παράδειγμα στρωτής ροής
 Για στρωτή ροή ισχύει,πάντα είτε το ρευστό είναι ασυµπίεστο είτε συµπιεστό:

                                                                                      Δm1=Δm2 

ΤΥΡΒΩΔΗΣ ΡΟΗ

 Όταν όμως η ταχύτητα υπερβεί τη λεγόμενη κρίσιμη ταχύτητα και οι δυνάµεις µεταξύ των µορίων του ρευστού (ιξώδες ) αλλά και µεταξύ των µορίων του ρευστού και των τοιχωµάτων του σωλήνα δηµιουργεί κατά τη ροή του δίνες,τότε η ροή γίνεται τυρβώδης ή στροβιλώδης ή μη στάσιμη ροή.
Τυρβώδης ροή ή στροβιλώδης ή μη στάσιμη ροή ονομάζεται το συγκεκριμένο είδος ροής των ρευστών που χαρακτηρίζεται από χαώδεις ή τυχαίες μεταβολές του πεδίου ροής αυτών
 Τυρβώδης ροή ή στροβιλώδης ή μη στάσιμη ροή ονομάζεται το συγκεκριμένο είδος ροής των ρευστών που χαρακτηρίζεται από χαώδεις ή τυχαίες μεταβολές του πεδίου ροής αυτών.
Η τυρβώδης ροή είναι άτακτη,ακανόνιστη και χαρακτηρίζεται από περιοχές που δίνουν την εντύπωση μικρών στροβίλων
 Στην τυρβώδη ροή όµως που δεν υπάρχει εικόνα µόνιµης κατάστασης η ροή γίνεται ακανόνιστη και χαοτική και µόρια του ρευστού διαπερνούν τις συνοριακές επιφάνειες των σωλήνων ροής .
Κατά τη τυρβώδη ροή οι γραμμές ροής του ρευστού λαμβάνουν μορφή ακανόνιστων καμπυλών δίνοντας έτσι την εικόνα ροής με στροβιλισμούς
  Η τυρβώδης ροή δεν είναι στρωτή,είναι άτακτη,ακανόνιστη και χαρακτηρίζεται από περιοχές που δίνουν την εντύπωση μικρών στροβίλων.Έτσι οι μεταβλητές του πεδίου ροής ενός ρευστού,πίεση και ταχύτητα,μεταβάλλονται απότομα και τυχαία για κάθε σημείο του χώρου που καταλαμβάνει το πεδίο ροής και κατά τη χρονική εξέλιξη του φαινομένου.
Εικόνα τυρβώδους ροής
 Κατά τη τυρβώδη ροή οι γραμμές ροής του ρευστού λαμβάνουν μορφή ακανόνιστων καμπυλών οι οποίες τέμνουν συνεχώς αλλήλους,δίνοντας έτσι την εικόνα ροής με στροβιλισμούς.

Προσομοίωση τυρβώδους ροής ενός κυλινδρικού εμποδίου
 Λογουχάρη,η ροή του νερού σε ένα ρυάκι γίνεται τυρβώδης εκεί όπου το νερό συναντά βράχια ή άλλα εμπόδια,οπότε αρχίζει να αφρίζει και να στριφογυρίζει.
Εικόνες τυρβώδους ροής μας παρέχουν οι ποταμοί όταν παρουσιάζουν στροβίλους
 Εικόνες τυρβώδους ροής μας παρέχουν οι ποταμοί όταν παρουσιάζουν στροβίλους που μπορεί να οφείλονται σε υποκείμενα ρεύματα,σε τριβές σε βραχώδεις όχθες ή σε πετρώματα του βυθού ή σε απότομη στένωση του πλάτους τους.
Τυρβώδη ροή επίσης είναι δυνατόν να προκαλέσουν και οι αεροστρόβιλοι που μπορεί να επηρεάσουν την άνωση του αεροπλάνου
 Τυρβώδη ροή επίσης είναι δυνατόν να προκαλέσουν και πλοία που κινούνται ενάντια στο ρεύμα του ποταμού καθώς επίσης και οι αεροστρόβιλοι που μπορεί να επηρεάσουν την άνωση του αεροπλάνου με συνέπεια να προκληθούν τρανταγμοί του σκάφους. 
Ρίχνοντας χρώματα μέσα σε ένα ρευστό που κάνει τυρβώδη ροή έχουμε μια εικόνα των δινών που σχηματίζει
 Το φαινόμενο έχει πολύ μεγάλη πρακτική και τεχνολογική σημασία,για παράδειγμα οι ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας αλλάζουν δραστικά κατά τη μετάβαση από γραμμική σε τυρβώδη ροή.Τούτο επιδρά για παράδειγμα στο σχεδιασμό βιομηχανικών συστημάτων μεταφοράς θερμότητας όπως οι εναλλάκτες θερμότητας στη χημική βιομηχανία.

ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΟ ΡΕΥΣΤΟ

 Ασυµπίεστο ονομάζεται ένα ρευστό που έχει σταθερό όγκο,ανεξάρτητα από την πίεση.
Ασυµπίεστο ονομάζεται ένα ρευστό που έχει σταθερό όγκο,ανεξάρτητα από την πίεση
 Επειδή όµως και η µάζα του ρευστού είναι σταθερή έχουμε:

                                                                               ρ=m/V=σταθ. 

 Δηλαδή αυτό σηµαίνει πως σ’ ένα ασυµπίεστο ρευστό η πυκνότητα του είναι η ίδια σ’ όλη την έκταση του. 

ΙΔΑΝΙΚΟ ΡΕΥΣΤΟ

 Ο όρος ιξώδες περιγράφει την εσωτερική τριβή του ρευστού.Η εσωτερική τριβή του ρευστού περιγράφει την τριβή ανάμεσα σε δυο συνεχόμενες ''στρώσεις'' του ρευστού όταν η μια κινείται σε σχέση με την άλλη.Λόγω του ιξώδους,μέρος της κινητικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική.Η διαδικασία είναι παρόμοια με την περίπτωση κατά την οποία ένα αντικείμενο κινείται πάνω σε τραχιά οριζόντια επιφάνεια χάνοντας κινητική ενέργεια.
Λόγω του ιξώδους,μέρος της κινητικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική
 Η κίνηση των ρευστών είναι γενικά πρόβλημα περίπλοκο.Και γι'αυτό θα κάνουμε ορισμένες υποθέσεις οι οποίες θα απλουστεύσουν τη μελέτη μας.Όπως θα δούμε,πολλά προβλήματα της κίνησης των ρευστών μπορούμε να τα κατανοήσουμε καλύτερα εάν μελετήσουμε πρώτα την κίνηση ενός ιδανικού ρευστού.
Το μοντέλο του ιδανικού ρευστού
 Στο μοντέλο του ιδανικού ρευστού που θα κατασκευάσουμε κάνουμε τις εξής τέσσερεις υποθέσεις:
α) Ρευστό χωρίς ιξώδες.
 Δηλαδή δεν λαμβάνουμε υπ'όψιν την εσωτερική τριβή.Έτσι,ένα αντικείμενο που κινείται μέσα σε ένα ρευστό το οποίο δεν έχει ιξώδες δεν υπόκειται σε καμία επιβραδύνουσα δύναμη προερχόμενη από την τριβή με το ρευστό.Θα περιοριστούμε στη μελέτη της ροής ενός ρευστού που δεν παρουσιάζει εσωτερικές τριβές και τριβές με τα τοιχώματά του σωλήνα μέσα στον οποίο ρέει
β) Στρωτή ροή.
 Δηλαδή υποθέτουμε ότι κάθε σημείο του ρευστού στο χώρο έχει σταθερή ταχύτητα,δεν μεταβάλλεται με τον χρόνο.
γ) Ασυμπίεστο ρευστό.
  Δηλαδή η πυκνότητα του ρευστού παραμένει σταθερή με το χρόνο.
δ) Αστρόβιλη ροή.
 Η ροή ενός ρευστού είναι αστρόβιλη εάν η στροφορμή του ρευστού είναι μηδενική ως προς κάθε σημείο του.Αν δηλαδή τοποθετήσουμε έναν τροχίσκο οπουδήποτε μέσα στο ρευστό,ο τροχίσκος δεν περιστρέφεται.Εάν όμως η ροή ήταν τυρβώδης,θα υπήρχαν στρόβιλοι και ο τροχίσκος θα περιστρεφόταν.
 Από τα παραπάνω μπορούμε να δώσουμε τον ορισμό του ιδανικού ρευστού. 
 Ιδανικό ρευστό ονοµάζεται ένα ρευστό που είναι ασυµπίεστο το οποίο ρέει χωρίς να έχει εσωτερική τριβή (ιξώδες) ούτε και συνάφεια µε τα τοιχώµατα του δοχείου 

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΡΕΥΣΤΑ

 Όμως στην πραγματικότητα η συμπεριφορά των κινούμενων ρευστών διαφέρει πολύ ή λίγο από τη συμπεριφορά των ιδανικών ρευστών.
Στην πραγματικότητα η συμπεριφορά των κινούμενων ρευστών διαφέρει πολύ ή λίγο από τη συμπεριφορά των ιδανικών ρευστών
 Έτσι για να διακρίνουμε τα υπαρκτά ρευστά από τα ιδανικά θα τα ονομάζουμε πραγματικά ρευστά.

ΡΕΥΜΑΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ

 Γραµµή ροής ονοµάζεται η διαδροµή,δηλαδή η τροχιά,που ακολουθεί ένα σωµάτιο ενός κινούµενου ρευστού.
 Στις συνθήκες στρωτής ροής η γραμμή ροής ονομάζεται ρευματική γραμμή.
Ρευματική γραμμή ονομάζεται η τροχιά την οποία ακολουθεί κάθε μόριο του ρευστού στη διάρκεια της κίνησής του υπό συνθήκες στρωτής ροής
 Ρευματική γραμμή ονομάζεται η τροχιά την οποία ακολουθεί κάθε μόριο του ρευστού στη διάρκεια της κίνησής του υπό συνθήκες στρωτής ροής.
Στην περίπτωση στρωτής ροής,η ρευµατική γραµµή είναι και η τροχιά ενός µορίου του υγρού
 Γενικά οι ρευµατικές γραµµές δεν συµπίπτουν µε τις γραµµές ροής.Συµπίπτουν µόνο όταν η ροή είναι  στρωτή και όχι όταν είναι τυρβώδης.Δηλαδή όταν η εικόνα ροής αλλάζει µε το χρόνο δεν συµπίπτουν.Τότε στην περίπτωση στρωτής ροής,η ρευµατική γραµµή είναι και η τροχιά ενός µορίου του υγρού.
Η ταχύτητά του μορίου του ρευστού έχει σε κάθε θέση πάντοτε τη διεύθυνση της εφαπτομένης στην ρευματική γραμμή που διέρχεται από το σημείο αυτό
 Άρα η ταχύτητά του μορίου του ρευστού έχει σε κάθε θέση πάντοτε τη διεύθυνση της εφαπτομένης στην ρευματική γραμμή που διέρχεται από το σημείο αυτό.Δύο ρευματικές γραμμές δεν είναι δυνατόν να τέμνονται ποτέ όταν η ροή είναι στρωτή,διότι αν τέμνονταν,τότε κάθε μόριο του ρευστού στο σημείο τομής θα μπορούσε να ακολουθήσει ή τη μία τροχιά ή την άλλη και έτσι η ροή δεν θα ήταν στρωτή.

ΦΛΕΒΑ

 Θεωρούμε μια επιφάνεια Α κάθετη στη διεύθυνση του σωλήνα,μέσα στον οποίο κινείται ένα ρευστό.Από κάθε σημείο του περιγράμματος της επιφάνειας Α σχεδιάζουμε την αντίστοιχη ρευματική γραμμή μέσα στο ρευστό και σχηματίζεται ένας νοητός σωλήνας που ονομάζεται φλέβα ή σωλήνας ροής.
 Φλέβα ή σωλήνας ροής ονομάζεται μια ομάδα ρευματικών γραμμών.
Φλέβα ή σωλήνας ροής ονομάζεται μια ομάδα ρευματικών γραμμών
 Στη στρωτή ροή,το ρευστό δεν µπορεί να διασχίσει τα τοιχώµατα ενός σωλήνα ροής.Δηλαδή το ρευστό που κυλάει σε κάποια φλέβα δεν αναµιγνύεται µε το περιεχόµενο άλλης φλέβας του ίδιου σωλήνα.Έτσι τα γειτονικά στρώµατα π.χ νερού γλιστρούν απαλά µεταξύ τους.
Σε κάθε σημείο στο περίγραμμα της επιφάνειας Α αντιστοιχεί μια ρευματική γραμμή.Όλες αυτές οι ρευματικές γραμμές ορίζουν μία φλέβα
 Πρέπει να σημειωθεί ότι τα μόρια του ρευστού δεν μπορεί να ρέουν προς τα μέσα ή προς τα έξω των τοιχωμάτων της φλέβας,διότι τότε οι ρευματικές γραμμές θα τέμνονταν.
 Ως σωλήνες θεωρούμε κάθε μορφής τοιχώματα που περιορίζουν το κινούμενο ρευστό.Για παράδειγμα σωλήνες μπορούν να θεωρηθούν η κοίτη και τα πλευρικά τοιχώματα στη ροή των ποταμών ή οι κοιλάδες στην κίνηση των ανέμων.

ΠΑΡΟΧΗ

 Από μια διατομή του σωλήνα ή της φλέβας σε χρόνο Δt περνάει ένας όγκος υγρού ΔV.
 Παροχή του σωλήνα ή της φλέβας ονομάζεται το πηλίκο του όγκου υγρού ΔV από μια διατομή του σωλήνα ή της φλέβας σε χρόνο Δt προς τον αντίστοιχο χρόνο αυτό.

                                                                                             Π=ΔV/Δt

όπου:
Π η παροχή του σωλήνα ή της φλέβας,
ΔV ο όγκος υγρού από μια διατομή του σωλήνα ή της φλέβας σε χρόνο Δt,
Δt ο αντίστοιχος χρόνος.
  Η παροχή είναι ο όγκος ρευστού που διέρχεται από τον σωλήνα ή την φλέβα στη μονάδα του χρόνου.
Στο χρονικό διάστημα Δt,από μια διατομή Α του σωλήνα περνάει υγρό όγκου Α·Δx
 Πρακτικότερα είναι δυνατή η μέτρηση της παροχής ενός υδροσωλήνα συγκεντρώνοντας το εξερχόμενο νερό σε μια δεξαμενή ή δοχείο γνωστής προηγουμένως χωρητικότητας με απλή χρονομέτρηση μέχρι της πλήρωσης αυτού.Έτσι διαιρώντας τον όγκο του νερού δια του χρόνου που διέρρευσε βρίσκεται η παροχή.
 Η μονάδα μέτρησης της παροχής του σωλήνα ή της φλέβας είναι:

                                                                                   1 m3/s

 Θεωρούμε ότι η διατομή του σωλήνα είναι Α και ότι το υγρό στο χρονικό διάστημα Δt έχει μετατοπιστεί κατά Δx.
 Έτσι μπορούμε να γράψουμε:

ΔV=A·Δx
                                                                                                            
 Με απλή αντικατάσταση από τις δυο τελευταίες σχέσεις προκύπτει:

Π=Α·Δx/Δt                                                                                      

 Όμως το πηλίκο Δx/Δt ισούται με την ταχύτητα υ του υγρού στη θέση αυτή,δηλαδή:

υ=Δx/Δt

 Άρα έχουμε:

                                                                                             Π=Α·υ

 Συνεπώς:
 Η παροχή σωλήνα ή φλέβας σε κάποια θέση είναι ίση με το γινόμενο του εμβαδού της διατομής επί την ταχύτητα του ρευστού στη θέση αυτή.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ------------ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π.------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ------------ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 ------------ Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 ------------ Email : sterpellis@gmail.com

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π. ------------------------------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 Email : sterpellis@gmail.com