Кіріспе

Екі бір-біріне қатысты қозғалатын беттер арасындағы тұтқыр сұйықтық ағынының моделі. Сұйықтық динамикасында Куэтт ағыны – екі беттің арасындағы кеңістіктегі тұтқыр сұйықтықтың ағыны, олардың біреуі екіншісіне қатысты жанама бағытта қозғалады. Беттердің салыстырмалы қозғалысы сұйықтыққа серпімдік күшін түсіреді және ағынды тудырады. Мүшелемеге сәйкес, ағын бағытында қолданылатын қысым градиенті де болуы мүмкін. Куэтт конфигурациясы Жердің мантиісі мен атмосферасы сияқты нақты мәселелерді модельдеуге, сондай-ақ жеңіл жүктемелі подшипниктердегі ағынды сипаттауға қолданылады. Ол вискометрияда және қайтымдылық шамалау үшін де пайдаланылады. Ол 19 ғасырдың соңында француздық Анже университетінде физика профессоры болған Морис Куэттің құрметіне аталған.

Жазық Couette ағыны

Куэтт ағыны жетекші физика және инженерия курстарында иысу күшімен туындаған сұйық қозғалысын көрсету үшін жиі қолданылады. Ең қарапайым конфигурация – арақашықтығымен бөлінген екі шексіз, параллель пластина; бір пластина өз жазықтығындағы тұрақты салыстырмалы жылдамдықпен қозғалады. Қысым градиенттерін ескермеу арқылы, Навье-Стокс теңдеулері келесідей қарапайымдалады:

мұндағы – пластиналарға перпендикуляр кеңістіктік координата, ал – жылдамдық өрісі. Бұл теңдеу ағынның бір бағытты (унидирекциялық) екенін көрсетеді, яғни үш жылдамдық компонентінің тек біреуі нөлдік емес. Егер төменгі пластинаға сәйкес болса, шекаралық шарттар келесідей болады: және . Дәл шешімді екі рет интегралдау және шекаралық шарттарды қолданып тұрақтыларды анықтау арқылы табуға болады. Ағыстың ерекше ерекшелігі – иысу кернеуі домен бойында тұрақты болады. Атап айтқанда, жылдамдықтың бірінші туындысы, тұрақты. Ньютонның тұтқырлық заңына (Ньютондық сұйықтық) сәйкес, иысу кернеуі осы өрнектің және (тұрақты) сұйықтық тұтқырлығының көбейтіндісіне тең.

Қысым градиенті бар жазық ағын

Жалпы Куэтт ағыны табақшаларға параллель бағыттағы тұрақты қысым градиентін қамтиды. Навье-Стокс теңдеулері мынадай:

мұнда – динамикалық тұтқырлық. Жоғарыдағы теңдеуді екі рет интеграциялау және шекаралық шарттарды қолдану (қысым градиенті жоқ Куэтт ағынындағыдай) қысым градиенті оң (кері қысым градиенті) немесе теріс (жағымды қысым градиенті) болуы мүмкін. Пластиналардың қозғалмайтын шектейтін жағдайында ағын жазық Пейзель ағыны деп аталады және симметриялық (көлденең орта жазықтыққа қатысты) параболалық жылдамдық профиліне ие.

Коаксиалдық цилиндрлер

Тейлор-Куэтт ағыны – екі айналатын, шексіз ұзын, коаксиалды цилиндрлер арасындағы ағын. Алғашқы мәселені 1845 жылы Стокс шешкен, бірақ бұл ағынмен Джеффри Инграм Тейлордың есімі байланысты, себебі ол 1923 жылғы танымал мақаласында оның тұрақтылығын зерттеді. Мәселені цилиндрлік координаттарда шешуге болады. Ішкі және сыртқы цилиндрлердің радиустарын R₁ және R₂ деп белгілейік. Егер цилиндрлер тұрақты бұрыштық жылдамдықтармен ω₁ және ω₂ айналса, онда жылдамдықтың r бағыты бойынша өрнегі:

Бұл теңдеу қисықтық әсерінің ағын доменінде тұрақты серпіліс болуына мүмкіндік бермейтінін көрсетеді.

Ұзындығы шектеулі коаксиалдық цилиндрлер

Классикалық Тейлор-Куэтт ағыны мәселесі шексіз ұзын цилиндрлерді қарастырады; егер цилиндрлердің ұзындығы нақты болса, онда талдау өзгертілуі керек (бірақ ағын бір бағытты болып қалады). , үшін шекті ұзындықтағы мәселені айнымалыларды бөлу немесе интегралды түрлендірулер арқылы шешуге болады, нәтижесінде:

мұнда – бірінші және екінші түріндегі модификацияланған Бессель функциялары.