​層流與紊流 - 計算和實例 Laminar Flow vs. Turbulent Flow – Calculations and Examples

2017-12-11
層流與紊流 - 計算和實例 Laminar Flow vs. Turbulent Flow – Calculations and Examples
什麼是層流和紊流?Osborne Reynolds用無因次數推廣這一現象。這個數字是慣性力與黏性力的比值。如果慣性力比黏性力佔優勢,則流體將以劇烈而混亂的方式起了作用。確定雷諾數的公式如下: 
等式1:Re = V * Dh / u 
Re=雷諾數(無因次) 
V - 速度(英尺/秒或米/秒) 
Dh – 液壓直徑(英尺或米) 
u - 運動黏度(英尺2 /秒或米2 /秒) 
雷諾數將決定流體(液體或氣體)移動的狀態。如果雷諾數Re低於2300,則認為是層流(流線和可預測)。如果Re大於4000,那麼它被認為是紊流的(混亂和混亂)。這兩個數字之間的區域是過渡區域,您開始在非線性方向上獲得小的渦流和速度。對於有效的吹排,清潔和降低噪音水平,層流是最佳的氣流分布。 
我們來比較EXAIR 超級風刀(氣刀)和鼓風式氣刀之間的雷諾數。這兩種產品的設計都是為了清潔和吹排等廣泛區域像是傳送帶。 EXAIR 超級風刀(氣刀)由壓縮空氣驅動,鼓風式氣刀由鼓風機提供動力。這兩種產品的主要區別在於槽口的尺寸。超級風刀(氣刀)具有0.002“(0.05mm)的間隙開口。它利用壓縮空氣的推力“推”它透過小開口產生一個強大的速度。鼓風機不會產生較大的推力,所以鼓風機的氣刀的開度必須更大來克服開口產生的任何背壓。間隙開口通常為0.5“(13mm)。根據上面的公式1,間隙開度有助於確定液壓直徑Dh。液壓直徑是與非圓形流動面積的等效管徑。由於超級風刀(氣刀)和鼓風式氣刀的橫截面都是矩形的,所以Dh可以計算如下: 
等式2:Dh = 2 * a * b /(a + b) 
Dh – 液壓直徑(英尺或米)
a - 開口(英尺或米) 
b - 間隙寬度(英尺或米) 
如果我們比較一個標準的12”寬的氣刀,我們可以使用公式2計算液壓直徑Dh: 
超級風刀(氣刀)的出口速度可透通過調節氣壓來改變。氣壓越高,速度越高。鼓風式氣刀可以使用變頻驅動(VFD)風機來改變出風速度。超級風刀(氣刀)合理的空氣壓力是80 PSIG,出口速度接近540英尺/秒(164米/秒)。為了將它與鼓風機系統等同,鼓風機的大小將決定最大速度。為了做這個比較,我將使用與超級風刀(氣刀)相同的速度。空氣的運動黏度在70度F時為0.000164平方公尺/秒(0.000015平方公尺/秒) (21攝氏度)。現在我們將有所有的信息進行比較,現在我們可以從方程1中找到雷諾數: 
從上面的計算可以看出,超級風刀(氣刀)的雷諾數Re低於2300.流動特徵在層流(可預測和流線)區域。鼓風機氣刀的雷諾數Re大於4000.從鼓風式氣刀出來的氣流動盪是紊亂的氣流(混亂和迷失方向)。為了更好地顯示層流和紊流的不同,我在下面的圖片中顯示了兩種狀態:水是液體(空氣是一種看不見的流體)。下面是Cave Run Lake排水管出水的例子(下圖)。由於慣性力遠高於水的黏度,處於紊流狀態;大聲而無順序。雷諾數大於4000.水的流向是往不同的方向,甚至在上游。當河水流入河口後(下圖第二張圖片),海浪從一個劇烈的混亂轉變成一個安靜,平靜的溪流,流向同一個方向。這是層流(Re小於2300)。 

超級風刀(氣刀)的工程設計,很細槽溝有助於產生層流。所有的空氣都在朝著同一個方向移動,共同作用,以更大的推力量去除碎片。如果你的鼓風機的氣流是紊流,噪音水平要高得很多,而且吹排的方向不明確。紊流對於混合是有用的,但對於試圖清潔或擦拭是可怕的。