Плазма физикасы және компьютерлік физика кафедрасының оқытушысы

Плазма физикасы және компьютерлік физика кафедрасының оқытушысы

Кәдірбай Қ.

Қазақстан республикасы Алматы қаласы

Табиғи өзен суларының құлау биіктігі немесе арыны өзен бойлап біркелкі таралмайды. Табиғи жағдайлар және техникалық немесе экономикалық себептерден, әдетте бір өзенге бір электр станциясын салып, барлық арынды толық шоғырландырып пайдалану қиын немесе мүмкін емес[1]. Өзеннің су энергиясы қорларын тиімді пайдалану үшін, cу турбиналарының формаларына, яғни, су энергиясы әсер ететін бөліктеріне өзгеріс жасау керек.

Қолданыстағы су қозғалтқыштары судың ламинарлық қозғалысына негізделіп жұмыс істейді. Бірақ су энергиясын толық пайдалануға, әліде тың қадамдар жасауға болады. Судың энергиясын өнімді пайдалану мақсатында жасанды жолмен ағыс бағыттарын реттеп, су энергиясы шығынын азайтуға мүмкіндіктер ашылады.

Сұйықтың жеке қабаттары бір-бірімен араласпай, бірінің бетімен екіншісі сырғып параллель қозғалса мұны ламинарлық ағыс деп атайды [2].

Сұйық бөлшектерінің жылдамдығы артып, белгілі шекті мәнге жеткенде әр қабаттардың бір-бірімен араласуын сұйықтың турбулентті ағысы деп атайды. Бұл кезде ағыстың әр нүктесіндегі жылдамдық уақытқа байланысты өзгереді. Сұйық бөлшектерінің бір қабаттан екінші қабатқа өту себебі, олардың ағысқа перпендикуляр бағытталған құраушысы пайда болады. Жылдамдықтар градиенті өте үлкен болғандықтан, түтікшенің сумен жанасар жерінде су құйыны пайда болады. Турбуленттік ағыста ішкі үйкеліс күшінің артуын жылдамдықтың ағысқа перпендикуляр құраушысының пайда болуымен және тұтқырлық коэффициентінің () өсуімен түсіндіруге болады.

Ламинарлық ағысты толықтай тұтқырлық арқылы түсіндірсек, турбуленттік ағыста инерция күшінің рөлі зор. Сондықтан ламинарлық ағыстан турбуленттік ағысқа өту инерциялық күштің тұтқырлық күшке қатынасымен анықталады. Бұл қатынасты Рейнольдс саны деп аталатын өлшемсіз шамамен сипаттайды [2].

мұнда - кинематикалық тұтқырлық,  -судың (газдың) тығыздығы -түтік қимасындағы сұйықтың (газдың) орташа жылдамдығы, D –түтіктің диаметрі.

Тәжірибе нәтижесінде Re –санының шамасы аз болса, (Re<1000) сұйықтың немесе (газдың) ағысы ламинарлық, ал бұл санның мәні үлкен шамамен Re=2300 болса, ағыс турбулентті болады. Рейнольдс саны тұрақты болса, онда әр түрлі сұйықтар мен газдар - қима ауданы түрлі (түтіктермен) құбырларда біркелкі ағады.

Ал судың иірім қозғалысы болса ламинарлық та, турбуленттік те қозғалыс сипаттарына ие. Бағыттағыш арқылы ағыс бағытын өзгерткенде турбуленттік қозғалыстағы судың ретсіз молекулаларын ұйымдастырып бір арнаға түсіреді. Яғни су энергиясының пайдалы әсер коэффициенті артады.