Физическая модель турбулентного течения жидкости в трубопроводе на основе электрогидравлической аналогии

Abstract

В настоящей статье дается описание модели стационарного турбулентного движения ньютоновской жидкости, обладающей массой, упругостью и вязкостью, в трубопроводе. Хаотичное возникновение, срыв и рассеивание вихрей представляется в виде эквивалентного периодического колебательного процесса перехода энергии упругости жидкости совместно с трубопроводом в энергию движения потока и обратно, при котором происходят затраты энергии. Впервые для стационарного турбулентного режима течения вводится понятие комплексного гидравлического сопротивления, которое состоит из вязкого (активного) и турбулентного (реактивного) сопротивлений. Авторами предлагается не игнорировать и не осреднять пульсационные составлящие турбулентного потока, как это представляется в классической теории гидравлического сопротивления трубопровода. Предлагается рассматривать течение жидкости и распространение энергии в движущейся жидкости совместно. Предлагаемая модель турбулентного сопротивления напрямую зависит от частоты постоянной трансформации одного вида энергии в другой, на которую влияют описанные в работе факторы. Управление этими факторами позволит добиться снижения гидравлического сопротивления трубопровода.

This article describes a model of stationary turbulent motion of a Newtonian fluid with mass, elasticity and viscosity in a pipeline. Chaotic formation, disruption and dissipation of vortices is presented as an equivalent periodic oscillatory process of transition of elastic energy of the fluid together with the pipeline into the energy of flow motion and back, during which energy is lost. For the first time, a concept of complex hydraulic resistance is introduced for a stationary turbulent flow regime, which consists of viscous (active) and turbulent (reactive) resistances. The authors propose not to ignore or average the pulsating components of the turbulent flow, as it is presented in the classical theory of pipeline hydraulic resistance. It is proposed to consider the fluid flow and energy propagation in a moving fluid together. The proposed model of turbulent resistance directly depends on the frequency of constant transformation of one type of energy into another, which is influenced by the factors described in the work. By learning to control these factors, it is possible to reduce the hydraulic resistance of the pipeline.