流体の非定常流または非定常流と、流体の乱流の違いは何ですか?


答え 1:

いい質問ですね。以下の説明は、非常に複雑で複雑な主題の明らかに単純化された説明です。そして、より深く勉強するのは非常にやりがいのあることです。

流れのタイプについて話すとき、流体力学は一般に流れの状態を指します。フロー体制は、すべての特定の実施形態にわたって一般的な属性と数学的記述を共有する、普遍的なフローのタイプと考えることができます。最も一般的な2つの流動様式は、層流と乱流です。一般的に、層流は安定して滑らかに見えますが、乱流は不安定で、旋回して非周期的に見えます。

これら2種類の流れの違いとその原因に関する最初の科学的調査のいくつかは、1800年代後半にオズボーンレイノルズが主導し、「非圧縮性粘性流体の動的理論と基準の決定」。

彼の研究、およびジョージストークスの初期の研究から、流れが層流であるか乱流であるかと非常に首尾よく相関している無次元数の定義が生じました。 。

これらの研究およびその他の研究を通じて、部分的に低レイノルズの#によって定義された流れが層流を示し、高レイノルズの#によって定義された流れが乱流挙動を示すことが十分に確立されました。この依存関係の例は、2次元シリンダーを通過するフローの次の図に示されています。

Phyiscs.info経由

一般に層流と乱流の遷移と呼ばれる層流と乱流の間の灰色の領域で何が起こるかに入る前に、「非定常流」を正式に定義する必要があります。非定常フローは、時間依存性を示すフローです。数学的に言えば、非定常流とは、以下に示すNavier-Stokesの方程式の時間に対する速度場の偏微分がゼロに等しくない流れです。

層流の場合、この導関数はゼロに等しく、流れは安定しています。

特定の流れの例では、層流から乱流への遷移は広範囲のレイノルズ数にわたって発生する可能性がありますが、便宜上2次元の円柱の例を使用します。レイノルズの100から1000の間では、フローの動作に変化が見られます。最初に、流れがシリンダーから分離し、シリンダーの下流側に再循環渦を作成します。レイノルズの#が増加し続けると、これらの渦は分離され、von Karman vortex streetとして知られる周期的な流動状態を形成します。これを以下に示します。

チェザーレオデラロサシケイラ通り

読者が見ることができるように、このフローは時間的に周期的であるため、明らかに不安定です。それでも乱流ではありません。このような周期的な流れは、層流から乱流への移行でよく見られる1つのステップであり、現時点では完全に理解されていない非常に複雑なプロセスです。ここで説明されているように、遷移フローは特徴的なステージを共有していることが明らかであり、ほとんどの場合、Navier-Stokesの方程式の不安定性と、カオスで非線形の動的システムとしての動作の結果です。単純な動的システムでさえ、実際の流体の流れの遷移挙動を著しく連想させる時間定常から非定常挙動への遷移を受けることはよく知られており、David RuelleとFloris Takensの仕事は、乱気流。


答え 2:

例を考えてみましょう。円形パイプ内の流れ。点P(say)での速度(u)のx成分を監視しましょう

非定常フロー(名前自体が示すように)は、プロパティがw.r.t時間で変化するフローです。定常流とは、特性が時間とともに変化しない流れです。

層流は定常的(図A)または非定常的(図B)のいずれかです。

厳密に言えば、乱流は常に慣性の乱れ力のために、流体の特性のランダムな不規則な急激な変化を伴うため、常に本質的に不安定です(図C)。

ただし、乱流は統計的に安定した乱流(統計的な意味でのみ、平均流の特徴は時間とともに変化しない)および統計的に不安定な乱流(平均流の特徴は時間とともに変化する)として扱うことができます。図を参照してください。乱流は本質的にランダムで不安定ですが、平均の流れは安定または不安定です。

結論として、乱流は本質的に非定常流ですが、統計的な意味では、定常または非定常のどちらでも扱うことができます。

お役に立てれば!!!


答え 3:

例を考えてみましょう。円形パイプ内の流れ。点P(say)での速度(u)のx成分を監視しましょう

非定常フロー(名前自体が示すように)は、プロパティがw.r.t時間で変化するフローです。定常流とは、特性が時間とともに変化しない流れです。

層流は定常的(図A)または非定常的(図B)のいずれかです。

厳密に言えば、乱流は常に慣性の乱れ力のために、流体の特性のランダムな不規則な急激な変化を伴うため、常に本質的に不安定です(図C)。

ただし、乱流は統計的に安定した乱流(統計的な意味でのみ、平均流の特徴は時間とともに変化しない)および統計的に不安定な乱流(平均流の特徴は時間とともに変化する)として扱うことができます。図を参照してください。乱流は本質的にランダムで不安定ですが、平均の流れは安定または不安定です。

結論として、乱流は本質的に非定常流ですが、統計的な意味では、定常または非定常のどちらでも扱うことができます。

お役に立てれば!!!


答え 4:

例を考えてみましょう。円形パイプ内の流れ。点P(say)での速度(u)のx成分を監視しましょう

非定常フロー(名前自体が示すように)は、プロパティがw.r.t時間で変化するフローです。定常流とは、特性が時間とともに変化しない流れです。

層流は定常的(図A)または非定常的(図B)のいずれかです。

厳密に言えば、乱流は常に慣性の乱れ力のために、流体の特性のランダムな不規則な急激な変化を伴うため、常に本質的に不安定です(図C)。

ただし、乱流は統計的に安定した乱流(統計的な意味でのみ、平均流の特徴は時間とともに変化しない)および統計的に不安定な乱流(平均流の特徴は時間とともに変化する)として扱うことができます。図を参照してください。乱流は本質的にランダムで不安定ですが、平均の流れは安定または不安定です。

結論として、乱流は本質的に非定常流ですが、統計的な意味では、定常または非定常のどちらでも扱うことができます。

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