Режимы движения жидкостей
Характер движения жидкости зависит от скорости ее течения. Этот вопрос был решен в 1883 г. О. Рейнольдсом, который поставил простой убедительный опыт. Установка О. Рейнольдса показана на рис. 2.7. Характер движения жидкости устанавливается по степени размытости струйки подкрашенной жидкости, истекающей по трубке 2 из сосуда 1. В зависимости от высоты уровня жидкости в сосуде 1 устанавливалась та или иная скорость течения.
При малых скоростях течения струя окрашенной жидкости 3 не размывалась, что указывало на послойный характер движения жидкости. Такие течения были названы ламинарными.
 |
Рис. 2.7. Опыт Рейнольдса:
а – ламинарное движение; б – турбулентное движение
При некоторой критической скорости струйка размывалась по всему сечению, что свидетельствовало о вихревом характере перемешивания жидкости по всему сечению трубы 4. Такой режим течения был назван турбулентным. Рейнольдс показал, что переход от одного режима течения к другому соответствует определенному значению безразмерной величины:
,
где 
– средняя скорость; 
– диаметр канала; 
– кинематический коэффициент вязкости жидкости.
Безразмерная переменная 
впоследствии была названа числом или критерием Рейнольдса. Переход от ламинарного течения наступает при 
. При 
чаще всего наблюдается турбулентный режим течения. Однако при 
режим течения неустойчиво турбулентный, или переходный.
Вышесказанное справедливо к стабилизированным изотермическим потокам в прямых трубах с малой шероховатостью стенок. Наличие различных возмущений, обусловленных шероховатостью стенок трубы, изменением скорости или направления течения потока, близость входа в трубу и т. п. могут существенно снизить значения критических чисел Рейнольдса.
Распределение скоростей в движущемся потоке жидкости. Распределение скоростей определяется режимом течения жидкости. При ламинарном режиме распределение может быть установлено законом Стокса
,
представляющим параболическое распределение скоростей в сечении трубопровода, где 
– текущий радиус, отсчитываемый от оси трубопровода; 
– скорость на оси трубопровода.
Средняя скорость по сечению трубопровода связана с максимальной скоростью следующим соотношением
.
Уравнение, определяющее объемный расход жидкости при ее ламинарном движении в круглой прямой трубе, носит название уравнения Пуазейля
.
| Предыдущие материалы: | Следующие материалы: |