а) Ламинарный режим.
При ламинарном режиме в трубе скорости имеют нулевое значение у стенки трубы и максимальное по оси трубы. При этом изменение скоростей от нуля до максимума идет строго по закону квадратичной параболы (рис. 2 – 4). Средняя скорость потока равна в этом случае половине наибольшей (максимальной) скорости в центре трубы:
vср = 0,5.umax.
Параболическое распределение скоростей при ламинарном режиме движения в круглой трубе наступает, в соответствии с теорией Буссинеска, подтвержденной опытом Никурадзе, на некотором расстоянии от входа в трубу. Начальный участок трубы, на котором формируется ламинарный поток, называется участком стабилизации ламинарного потока.
Длина Lвх определяется формулой Буссинеска:
,
где: Red - число Рейнольдеа (по d т.е. Red);
d - диаметр трубы;
или Lвх £ 150d (при Red =2300).
При ламинарном режиме, следовательно, наблюдается большая неравномерность распределения скоростей и т.о. большие градиенты скорости по нормали (в центре трубы ), а наибольшего значения он достигает у стенки трубы.
б) Турбулентный режим.
При турбулентном режиме распределение скоростей более равномерно рис (2 – 5).
При этом у стенок трубы (русла) имеется слой жидкости толщиной d, в котором сохраняется ламинарный режим (пограничный ламинарный слой), а остальное "ядро" потока движется в условиях турбулентного режима.
Толщина пограничного слоя d невелика - десятые доли миллиметра - и она уменьшается с увеличением средней скорости потока и числа Рейнольдса.
Средняя скорость потока в этом случае значительно больше половины максимальной и равна
vср = (0,70 … 0,85)umax.
Длина участка стабилизации турбулентного режима меньше, чем ламинарного и равна
Lст @ 40d.