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洁净室气流的状态

发布时间:2022-07-20      点击次数:592

一、几种基本流动状态
1、稳定流与不稳定流
流体质点的各种运动要素仅因质点所在位置而异,不因时间t而变化,这种运动叫稳定流。如果各种运动要素都是位置(x,y,z)与时间(t)的函数,这种流动叫不稳定流。
2、渐变流与突变流
当流体运动有如下情况时,叫做渐变流。如图所示,其特点是:


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(1)流线之间的夹角β很小,即流线之间基本是等距的。
(2)流线的曲率半径R最大,即流线接近直线(结合上一点,故流线接近平行),因而惯性力可忽略。不符合以上两种情况的流动就是突变流。
3、均匀流与非均匀流
在渐变流中,凡是满足以下两个条件的,叫均匀流:
(1)沿流长度上各断面的形状和大小相同。
(2)同一条流线上的任意两点上的流速相同。由此可见,均匀流是渐变流的极限情况。
只要不具有以上两个条件中的任何一个,就是非均匀流。如下图(a)所示的是不具备上述两个条件的;(b)所示进口段不具备第二个条件;(c)所示的才同时具备两个条件。

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4、层流与紊流
流层与流层间没有流体质点交换的流动,叫层流,反之即为紊流。
对于管流来说,当Re由大降低到2400以下时,即转变为层流,当Re由小升高时,一般到13800即转变为紊流。但也常常不固定,可以升高到105仍保持层流,这主要取决于来流稳定性。
由于在紊流状态时流体是以无规则的相互掺混方式进行的,随时间t而变化,所以紊流在实质上不是稳定流。但如果取一稍长的时段T,取其平均速度(也称时均速),即

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如果来流条件不变,虽然是紊流,也可以有不变的时均速,仍称为稳定流。也就是说,对于这种紊流虽然不能画出它的瞬时流线,但可以画出时均流线。反之,如果没有不变的时均速,当然是不稳定流了。在所研究的范围内,遇到的是前一种情况。在洁净室中,若从流动的雷诺数Re来考虑,则都属于紊流流动。
二、紊流过程的物理状态
1、紊流形成的过程
(1)涡体的形成。
(a)黏滞性。在流体的相对运动中,由于黏滞性而在流层之间产生切应力。对于某一L层来说,在它某一边流速较大的流层加于它的切应力是顺流向的,另一边流速较小的流层加于它的切应力是逆流向的。因此对于这一L层来说,有构成力矩、促成涡体产生的倾向。
(b)波动性。如果因某种愿因使流层发生了垂直于流体运动方向的波动,则在凸起一边,由于挤压而使通过断面减小,流速增大;反之,凹入一边断面增大,流速减小。这种两边流速的差异同样进一步促成涡体的产生。
(2)涡体形成后脱离原流层,冲入邻近流层。
一旦形成涡体,由于流速较大流层与涡体旋转方向一致,流速较小流层与涡体旋转方向相反,将使流速较大流层的流速更大,流速较小流层的流速更小。流速增大的地方压力减小,流速减小的地方压力增大,形成垂直于流向的压差;当该压差足以克服阻力后,就推动涡体脱离原流层,冲入邻近流层。只要具备了在某些流层中形成涡体并冲入邻层的这两个条件,由于流动的连续性,势必要进行涡体的交换和流体间的相互补充。由此而产生的紊乱将影响到更远的流层。如果最初形成的涡体较强较多,则可以使整个流动状态*改观。
2、紊流的特点
根据上述对于紊流形成过程的物理状态的分析,可以归纳出紊流有以下几个特点:
(1)大的雷诺数。
(2)不规则性。
(3)扩散性。
(4)三度的涡动。
(5)由于黏性而使能量较快的消耗。
除上述特点外,紊流流动还取决于来流条件。如果来流不平静,能产生微小的波动,也可促成涡体产生。这也说明为什么雷诺数没有固定的上临界值。





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