Режим движения жидкости

Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 1691

Впервые режимы течения жидкости изучались Рейнольдсом в 1883 году. Различают два режима движения жидкости: ламинарный (от латинского слова «lamina» – слоистый) и турбулентный (от латинского слова «turbulentus» – беспорядочный). При ламинарном режиме движения потока жидкость движется отдельными струйками (слоями) и траектории движения отдельных струек между собой не пересекаются (рис. 4.2).

Если в такой поток ввести струйку окрашенной жидкости (индикатор), то она не смешивается с основной массой жидкости, а вытягивается в горизонтальную нить, которая, не размываясь, достигает конца трубопровода. Это свидетельствует о том, что пути частиц прямолинейны и параллельны друг другу. Введение индикатора позволяет наглядно изучать режимы движения жидкости в стеклянном трубопроводе. Если увеличивать скорость жидкости, то картина течения жидкости меняется. При турбулентном режиме движения струйки (частицы) жидкости в потоке движутся беспорядочно. Если в такой поток ввести струйку окрашенной жидкости, то она, перемещаясь и перемешиваясь со струйками потока жидкости, приведет к тому, что красящее вещество заполнит весь объем потока.

а) б)

Рис. 4.2. Режимы движения жидкости:

а) ламинарный; б) турбулентный;

1 – емкость; 2 – стеклянная трубка; 3 – окрашенная струйка

жидкости (индикатор); 4 – сливная трубка; 5 – капилляр

Механизм турбулентного движения очень сложен: частицы жидкости, кроме главного движения вдоль трубопровода, имеют и поперечные перемещения, приводящие к перемешиванию жидкости. Установлено, что режим движения зависит от меры соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке, т.е. величины критерия Рейнольдса:

,

(4.4)

где w – средняя скорость жидкости в трубопроводе;

d – эквивалентный диаметр (для круглой трубы – внутренний диаметр трубы);

r – плотность жидкости;

m – динамическая вязкость;

n – кинематическая вязкость.

В трубопроводе с постоянным сечением переход от ламинарного движения к турбулентному для каждой жидкости происходит при достижении некоторой средней скорости движения потока жидкости. Среднюю скорость, при которой жидкость в трубе переходит от одного режима к другому, называют критической (w_кр).

Величина Re, соответствующая переходу от одного режима движения к другому, также называется критическим значением числа Рейнольдса (Re_кр). Для гладких труб Re_кр = 2300. При Re < 2300 движение жидкости в трубопроводе ламинарное, при Rе > 2300 – турбулентное.

Таким образом, и для непрозрачных трубопроводов по величине Re можно определять режим движения жидкости, зная параметры трубопровода, среднюю скорость движения жидкости и ее физические свойства.