Was ist laminare Strömung – viskose Strömung – Definition

Laminare Strömung ist gekennzeichnet durch glatte oder in regelmäßigen Bahnen befindliche Partikel der Flüssigkeit. Die laminare Strömung wird auch als Stromlinien- oder viskose Strömung bezeichnet. Wärmetechnik

Laminare Strömung

In der Fluiddynamik ist die laminare Strömung durch glatte oder regelmäßige Wege von Fluidpartikeln gekennzeichnet, im Gegensatz zur turbulenten Strömung, die durch die unregelmäßige Bewegung von Fluidpartikeln gekennzeichnet ist. Die Flüssigkeit fließt in parallelen Schichten (mit minimaler seitlicher Vermischung) ohne Unterbrechung zwischen den Schichten. Daher wird die laminare Strömung auch als stromlinienförmige oder viskose Strömung bezeichnet .

Der Begriff Stromlinienströmung beschreibt die Strömung, da bei laminarer Strömung Wasserschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten übereinander fließen und sich praktisch nicht zwischen den Schichten vermischen. Fluidpartikel bewegen sich auf bestimmten und beobachtbaren Wegen oder Stromlinien.

Wenn ein Fluid durch einen geschlossenen Kanal wie ein Rohr oder zwischen zwei flachen Platten fließt, kann abhängig von der Geschwindigkeit , der Viskosität des Fluids und der Größe des Rohrs eine von zwei Strömungsarten (laminare Strömung oder turbulente Strömung) auftreten . Laminare Strömung tritt tendenziell bei niedrigeren Geschwindigkeiten und hoher Viskosität auf . Andererseits tritt eine turbulente Strömung tendenziell bei höheren Geschwindigkeiten und niedriger Viskosität auf.

Da eine laminare Strömung nur in Fällen üblich ist, in denen der Strömungskanal relativ klein ist, sich das Fluid langsam bewegt und seine Viskosität relativ hoch ist, ist eine laminare Strömung in industriellen Prozessen nicht üblich. Die meisten industriellen Strömungen, insbesondere in der Nukleartechnik, sind turbulent. Trotzdem tritt eine laminare Strömung bei jeder Reynolds-Zahl in der Nähe fester Grenzen in einer dünnen Schicht direkt neben der Oberfläche auf. Diese Schicht wird üblicherweise als laminare Unterschicht bezeichnet und ist für die Wärmeübertragung sehr wichtig.

Trotz der geringen Dicke der laminaren Unterschicht (normalerweise viel weniger als 1 Prozent des Rohrdurchmessers), da dies die Strömung im Rest des Rohrs stark beeinflusst. Jegliche Unregelmäßigkeit oder Rauheit auf der Oberfläche stört diese Schicht und beeinträchtigt den Fluss erheblich. Daher ist im Gegensatz zur laminaren Strömung der Reibungsfaktor bei turbulenter Strömung eine starke Funktion der Oberflächenrauheit.

Reynolds Nummer

Die Reynolds-Zahl ist das Verhältnis von Trägheitskräften zu viskosen Kräften und ein geeigneter Parameter zur Vorhersage, ob ein Strömungszustand laminar oder turbulent sein wird . Es kann interpretiert werden, dass wenn die viskosen Kräfte dominieren (langsamer Fluss, niedrige Re), sie ausreichen, um alle Flüssigkeitsteilchen in einer Linie zu halten, der Fluss laminar ist. Selbst ein sehr niedriges Re zeigt eine viskose Kriechbewegung an, bei der Trägheitseffekte vernachlässigbar sind. Wenn die Trägheitskräfte die viskosen Kräfte dominieren (wenn das Fluid schneller fließt und Re größer ist), ist die Strömung turbulent.

Reynolds Nummer

Es ist eine dimensionslose Zahl, die sich aus den physikalischen Eigenschaften der Strömung zusammensetzt. Eine zunehmende Reynolds-Zahl zeigt eine zunehmende Strömungsturbulenz an.

Es ist definiert als:
Reynolds Nummer

wobei:
V die Strömungsgeschwindigkeit ist,
D eine charakteristische lineare Abmessung ist (zurückgelegte Länge des Fluids; hydraulischer Durchmesser usw.)
ρ Fluiddichte (kg / m 3 ),
μ dynamische Viskosität (Pa.s),
ν kinematische Viskosität ( m 2 / s); ν = μ / ρ.

Laminare vs. turbulente Strömung

Laminare vs. turbulente Strömung

Laminare Strömung:

  • Re <2000
  • “niedrige” Geschwindigkeit
  • Flüssigkeitsteilchen bewegen sich in geraden Linien
  • Wasserschichten fließen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten praktisch ohne Vermischung zwischen den Schichten übereinander.
  • Das Strömungsgeschwindigkeitsprofil für laminare Strömung in kreisförmigen Rohren ist parabolisch geformt, mit einer maximalen Strömung in der Rohrmitte und einer minimalen Strömung an den Rohrwänden.
  • Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr die Hälfte der Maximalgeschwindigkeit.
  • Eine einfache mathematische Analyse ist möglich.
  • Selten in der Praxis in Wassersystemen .

Turbulente Strömung:

  • Re> 4000
  • ‘hohe Geschwindigkeit
  • Die Strömung ist durch die unregelmäßige Bewegung von Flüssigkeitsteilchen gekennzeichnet.
  • Die durchschnittliche Bewegung erfolgt in Strömungsrichtung
  • Das Strömungsgeschwindigkeitsprofil für turbulente Strömungen ist über den Mittelabschnitt eines Rohrs ziemlich flach und fällt extrem nahe an den Wänden schnell ab.
  • Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit entspricht ungefähr der Geschwindigkeit in der Rohrmitte.
  • Die mathematische Analyse ist sehr schwierig.
  • Häufigste Art der Strömung .
Durchschnittsgeschwindigkeit Vavg ist definiert als die Durchschnittsgeschwindigkeit durch einen Querschnitt.  Für eine voll entwickelte laminare Rohrströmung ist Vavg die Hälfte der Maximalgeschwindigkeit.
Durchschnittsgeschwindigkeit Vavg ist definiert als die Durchschnittsgeschwindigkeit durch einen Querschnitt. Für eine voll entwickelte laminare Rohrströmung ist Vavg die Hälfte der Maximalgeschwindigkeit.

Reynolds-Zahlenregime

StrömungsregimeLaminare Strömung. Aus praktischen Gründen ist die Strömung laminar , wenn die Reynolds-Zahl weniger als 2000 beträgt. Die akzeptierte Reynolds-Übergangszahl für die Strömung in einem kreisförmigen Rohr ist Re d, krit = 2300.

Übergangsfluss. Bei Reynolds-Zahlen zwischen etwa 2000 und 4000 ist die Strömung infolge des Einsetzens von Turbulenzen instabil. Diese Flüsse werden manchmal als Übergangsflüsse bezeichnet.

Turbulente Strömung. Wenn die Reynoldszahl größer als 3500 ist , ist die Strömung turbulent. Die meisten Fluidsysteme in kerntechnischen Anlagen arbeiten mit turbulenter Strömung.

Laminar Flow – Wärmeübergangskoeffizient

Externe laminare Strömung

Die durchschnittliche Nusselt-Zahl über die gesamte Platte wird bestimmt durch:

laminare Strömung - flache Platte - Nusseltzahl

Diese Beziehung gibt den durchschnittlichen Wärmeübergangskoeffizienten für die gesamte Platte an, wenn die Strömung über die gesamte Platte laminar ist.

Interne laminare Strömung

Konstante Oberflächentemperatur

Bei laminarer Strömung in einem Rohr mit konstanter Oberflächentemperatur bleiben sowohl der Reibungsfaktor als auch der Wärmeübergangskoeffizient im voll entwickelten Bereich konstant.

Laminar Flow - Circular Tube - Temperatur

Konstanter Oberflächenwärmestrom

Daher ist für voll entwickelten laminare Strömung in einem kreisförmigen Rohr konstanten Oberflächen unterworfen Wärmefluss ist die Nusselt – Zahl eine Konstante. Es besteht keine Abhängigkeit von den Reynolds- oder Prandtl-Zahlen .

Laminar Flow - Circular Tube - Flussmittel

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.