Досвіди Рейнольдса. Режими плину рідини

Багато дослідників (Хаген, Дарсі й ін.) звернули увагу на те, що в різних умовах характер і структура потоку рідини можуть бути різні. На це вказував також Д.І.Менделєєв у своїй роботі “Про опір рідин і про повітроплавання” (1880 р.). У 1883 р. англійський фізик Рейнольдс, провівши ряд дослідів і теоретично їх узагальнивши, показав існування двох принципово різних режимів плину рідини.

Сутність досвідів Рейнольдса полягала в тому, що з резервуара  (рис. 21) з випробуваною рідиною, рівень якої підтримувався постійним, через прозору трубу  з краном  рідина випускалася в мірний бак . Кран дозволяв регулювати витрату рідини, а виходить, і її швидкість у трубі. З бачка  по тонкій трубці  в трубу  випускалася рідка фарба (з тією же щільністю, що і рідина), що, потрапивши в потік випробуваної рідини, поводилася по-різному: чи на всьому протязі потоку рухався у виді тонкого струмка, чи швидко руйнувалася, розбиваючи на окремі частини і рухаючи по криволінійних, хаотичних траєкторіях, і офарблювала весь потік випробуваної рідини.

У першому випадку мав місце струмчатий, шаруватий потік – ламінарний. В другому випадку – хаотичний, вихровий – турбулентний.

Рейнольдс встановив, що критерієм режиму плину рідини є безрозмірна величина, що представляє собою відношення добутку характерної швидкості потоку  на характерний лінійний розмір  до кінематичної в'язкості рідини , що у наслідку була названа числом Рейнольдса. Характерним лінійним розміром є величина , де  – гідравлічний радіус обумовлений по (1.44).

                                                                                          (80)

Для круглих труб діаметром

Для кільцевих щілин (  і  – зовнішній і внутрішній діаметри щілини)

Критичне число Рейнольдса , відповідає границі між ламінарним режимом і турбулентним. Якщо , то потік ламінарний, якщо , те потік турбулентний. Для круглих гладких труб , для гнучких шлангів – , для гладких кільцевих щілин (концентричних і ексцентричних) – , для вікон циліндричних золотників – , для плоских і конусних клапанів – , для кранів – .