Дослід і критерій О.Рейнольдса

ТЕМА 4:РУХ РІДИНИ І ГІДРАВЛІЧНІ ОПОРИ

4.1 Режими руху рідини

4.2 Дослід і критерій О.Рейнольдса

4.3 Класифікація гідравлічних опорів. Втрати енергії в трубопроводі.

Формула Дарсі - Вейсбаха

4.4 Класифікація трубопроводів. Гідравлічна характеристика трубопроводів.

Номограми для розрахунку трубопроводів. Вибір діаметра труби

4.5 Гідравлічний удар в трубопроводах

Режими руху рідини

Класифікація видів руху рідини:

Напірний потік – це потік, у якого по всьому периметру живого перерізу рідина стикається з твердими стінками (рух рідини в трубопроводі).

Безнапірний потік – це потік з вільною поверхнею (рух води в річці; трубопровід, який працює неповним перерізом).

Досліди показують, що при течії рідин та газів крізь трубопроводи можливі два режими, які називаються відповідними течіями: ламінарний режим і турбулентний режим (рисунок 4.1.1).

Рисунок 4.1.1 – Схематичне зображення розподілення потоку рідини при ламінарній і турбулентній течії

Ламінарний режим (течія) – це течія без перемішування частинок рідини та без пульсації швидкості. При ламінарній течії рідини в прямій трубі постійного перерізу всі лінії потоку прямолінійні. П’єзометр, який приєднаний до труби з ламінарною течією показує незмінність тиску та швидкості за проміжок часу, відсутність коливань тиску, пульсацій. Таким чином ламінарна течія є цілком впорядкованою та при постійному напорі течією, тобто, стала течія.

Турбулентний режим (течія) – це течія, що супроводжується інтенсивним перемішуванням рідини та пульсаціями швидкостей та тисків. Рух окремих частинок є невпорядкованим, траєкторії мають вид хаотично напрямлених кривих. Пояснюється це тим, що на ряду з основаним повздовжнім переміщенням рідини крізь трубопровід мають місце поперечні переміщення та обертальні рухи окремих об’ємів рідини. Поперечні рухи створюються обмін імпульсами між сусідніми шарами рідини. Це призводить до того, що розподіл швидкостей по поперечному перерізу трубопроводу при турбулентному русі є більш рівномірним, ніж при ламінарному режимі.

Дослід і критерій О.Рейнольдса

Припущення про існування двох режимів руху рідини було сформульоване Д.І.Мендєлєєвим. Експериментально це було підтверджено англійським вченим Осборном Рейнольдсом.

Рисунок 4.2.1 – Схема експериментальної установки О. Рейнольдса

1,2	-	кран;
	-	тонка трубка;
	-	скляна трубка;
5,6	-	бак з рідиною;
	-	зливна труба.

Осборн Рейнольдс під час досліду пропускав воду через скляні трубки різного діаметру, регулюючи швидкість руху рідини в них кранами 1,2 (рисунок 4.2.1). По тонкій трубці 3 з загостреним кінцем до входу в скляну трубку 4 підводилась забарвлена рідина із ємності 5. Середня швидкість в трубці 4 площею перерізу S визначалась за об’ємом води V, що поступає в ємність 6 за час t: ω = ; [м/с]

Досліди, які були проведені при постійному напорі (для його підтримання використали зливну трубу 7) показали, що при малих швидкостях руху води в трубці 4 забарвлена рідина рухається в ній у вигляді тонкого струменя не перемішуючись з водою.

Досліди показали, що основним критерієм для знаходження режиму руху рідини є безрозмірний параметр число Рейнольдса .

Число Рейнольдса є важливою характеристикою течії; визначає відносну роль сил інерції та сил тертя потоку, можна визначити за формулами:

для динамічного коефіцієнта в’язкості:

для кінематичного коефіцієнта в’язкості:

	-	масова швидкість потоку;
	-	діаметр труби;
	-	динамічний коефіцієнт в’язкості;
	-	середня лінійна швидкість;
	-	кінематичний коефіцієнт в’язкості.

Критичне число Рейнольдса (R_{е кр}) - число Рейнольдса,при якому ламінарна течія переходить в турбулентну.

R_{е кр}=2 320

Якщо число Рейнольдса менше ніж критичне число Рейнольдса ⇒ ламінарний режим руху рідини

R_е < R_{е кр} ⇒ ламінарний режим руху рідини

Якщо число Рейнольдса більше ніж критичне число Рейнольдса ⇒ турбулентний режим руху рідини

R_е > R_{е кр} ⇒ т урбулентний режим руху рідини

Критичному числу Рейнольдса відповідає критична швидкість:

= ; [м/с]

Характер течії рідини залежить від:

	-	середньої швидкості рідини;
	-	діаметра трубопроводу;
,	-	в’язкості рідини;
r	-	густини рідини.

Ламінарний рух легше здійснити коли:	Турбулентний рух виникає при:
менша швидкість руху рідини;	великій швидкості руху рідини;
менший діаметр труби;	великих діаметрах труб;
більша в’язкість рідини;	малій в’язкості рідини;
менша густина рідини.	великій густині рідини.