Nimmt die Turbulenz einer durch ein Rohr strömenden Flüssigkeit mit der Entfernung vom Eintritt ab?

Stellen Sie sich ein L-förmiges Rohr mit konstantem Durchmesser mit einem Eingang und einem Ausgang vor. Wenn Wasser mit konstanter Geschwindigkeit in das Rohr gepumpt wird, muss die Durchflussrate des Wassers am Ausgang gleich der am Eingang sein, richtig? Dazu kommt noch ein Verlust an kinetischer Energie des Wassers durch Reibungsverluste und die Krümmung des Rohres, auch richtig? Wenn beide Aussagen zutreffen, kann ich mir nur vorstellen, dass das Wasser kinetische Energie verliert, wenn die Turbulenz abnimmt. Ich frage mich also, ob man sagen kann, dass die Turbulenz einer durch ein Rohr fließenden Flüssigkeit abnimmt über die Rohrlänge. Wenn die Strömung durch das Rohr vollständig laminar ist, kann das Fluid dann kinetische Energie verlieren?

Ob Turbulenzen vorhanden sind oder nicht, hängt von der Reynoldszahl ab. Welche Reynoldszahl existiert für Ihr Beispiel?
@DavidWhite Ich glaube, dass jede Reynoldszahl über Null für die Frage ausreicht, die ich zu stellen versuche, aber da ich kein Experte für Fluiddynamik bin, könnte ich mich irren. Ich denke, die Frage, die ich zu stellen versuche, ist allgemein genug, dass es nicht notwendig ist, eine bestimmte Reynoldszahl zu kennen.
Ich denke, es nimmt zu, wenn die Turbulenzen zunehmen

Antworten (2)

Nein, deine Argumentation ist falsch. In dieser Strömung gibt es zwei Energieformen, wobei die kinetische Energie der Fluidteilchen nur eine davon ist. Das andere ist Druck. In Ihrem Beispiel tritt Energieverlust hauptsächlich durch den Druckabfall entlang des Rohrs auf. Im Fall der laminaren Strömung kann (kinetische) Energie durch viskose Effekte verloren gehen (Reibung verursachen) oder kinetische Energie in Druck umgewandelt werden: Bei reibungsfreier Strömung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Rohrquerschnitt ab eine entsprechende Druckerhöhung, wie durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben.

Wenn Sie den Zähldruck als Energie haben, wie können dann ein Energieverlust und ein Druckabfall zusammenhängen? Dann wäre die Energie nicht erhalten. Darüber hinaus denke ich, dass eine Bemerkung zur globalen Energieeinsparung (Pumpleistung versus Ableitung in Wärme) dem Leser zugute kommen würde.

Wenn die turbulente Strömung statistisch stabil ist, müssen Sie Energie (z. B. mit einer Pumpe) mit der gleichen Geschwindigkeit aufbringen, mit der die Strömung sie verliert. Daher klingt die Turbulenz nicht unbedingt entlang der Rohrlänge ab; es kann auf unbestimmte Zeit existieren, solange genügend Energie zugeführt wird (im großen Maßstab). Was die Turbulenz dann bewirkt, ist, dass sie den Energieeintrag im großen Maßstab in eine Bewegung im kleinen Maßstab überträgt, wo sie durch viskose Effekte abgeführt wird.

Die laminare Strömung verliert auch Energie aufgrund der viskosen Dissipation, aber damit überhaupt eine Strömung auftritt, muss Energie von einer externen Einrichtung wie einer Pumpe zugeführt werden, um diesen Verlust auszugleichen.

Nimmt die Turbulenz einer durch ein Rohr strömenden Flüssigkeit mit der Entfernung vom Eintritt ab?
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