Ламинарное и турбулентное движение жидкости


Существует два режима движения жидкости – ламинарный и турбулентный.

Ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давлений. При таком течении все линии тока вполне определяются формой русла, по которому течет жидкость, поперечные перемещения жидкости отсутствуют.

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости и пульсациями скоростей и давлений. Движение отдельных частиц оказывается подобным хаотическому движению молекул газа. При турбулентном течении векторы скоростей имеют не только осевые, но и нормальные к оси русла составляющие, поэтому наряду с основным продольным перемещением жидкости вдоль русла происходят поперечные перемещения и вращательное движение отдельных объемов жидкости. Этим и объясняются пульсации скоростей и давлений.

Предположение о двух режимах течения жидкости выдвинул еще Д.И.  Менделеев. Английский ученый О. Рейнольдс опытным путем подтвердил его на специальной установке (Рис. 26).

Установка состоит из резервуара 1, в котором поддерживается постоянный уровень жидкости за счет слива излишней через боковой отвод. В резервуар вмонтирована прозрачная труба 2, расход жидкости через которую регулируется краном 4. Над резервуаром 1 закреплен бачок 3, в который заливается та же жидкость, но подкрашенная. Подкрашенная жидкость по трубке подается на вход трубы 2. При малом расходе жидкости через трубу 2 подкрашенная струйка сохраняет свое положение в трубе, не перемешивается с остальной жидкостью. При увеличении расхода она принимает волнистый вид, то есть появляются небольшие боковые воздействия на нее. При дальнейшем увеличении расхода струйка размывается и вся жидкость в трубе окрашивается равномерно.

 

Рис. 26. Установка О. Рейнольдса для изучения

режимов движения жидкости

Рейнольдс установил, что на переход с ламинарного течения к турбулентному оказывают влияние:

– средняя скорость потока;

– характерный линейный размер сечения потока (диаметр);

– вязкость жидкости.

Из этих величин впоследствии был составлен безразмерный комплекс, уже известный вам и названный числом Рейнольдса:

что вполне закономерно для течения вязкой жидкости.

Режим течения жидкости оказывает существенное влияние на гидравлическое сопротивление и потери давления, поэтому при решении задач, связанных с движением жидкости, следует прежде всего определять Re.

Если Re < Reкр, то течение ламинарное, если Re > Reкр, то – турбулентное. Естественно, что характер течения не может изменяться так резко, существует определенный диапазон чисел Рейнольдса, при котором наблюдается переходный режим (2300 < Re < 4000), но его, как правило, не выделяют в отдельный режим, а иногда говорят о развитом и неразвитом турбулентных режимах.

Возникает вопрос: чему равно значение Reкр? Для труб круглого сечения Reкр принимают равным 2300, а для других форм сечения потока Reкр может быть значительно меньше (до 20). Его значения, в случае некруглого сечения потока, следует искать в справочной литературе.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: