Ламинарное и турбулентное течение

Существуют два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым) если жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят относительно друг друга, не перемешиваясь. Если в ламинарный поток ввести подкрашенную струйку, то она сохраняется, не размываясь по всей длине потока, так как частицы жидкости в ламинарном потоке не переходят из одного слоя в другой.

Ламинарное течение стационарно. При увеличении скорости или поперечных размеров потока характер течения изменяется. Возникает энергичное перемешивание жидкости. При турбулентном течении скорость частиц в каждом месте все время изменяется беспорядочном образом – течение нестационарно. Если в турбулентный поток ввести окрашенную струйку, то уже на небольшом расстоянии от места ее введения окрашенная жидкость равномерно распределяется по всему сечению потоко.

4. Силы сопротивления при движении тел в жидкостях.
Закон Стокса. Число Рейнольдса.

При движении тел в жидкостях возникают силы сопротивления: это сила трения тела о жидкость и сила сопротивления, возникающая из-за разности давлений жидкости впереди и сзади движущегося тела. Согласно эмпирическому закону Стокса, сила трения тела о жидкость пропорциональная скорости движения тела , вязкости жидкости и линейным размерам тела. Сила трения зависит также от формы тела

- линейный размер тела, - коэффициент формы тела. Для шарика , и сила трения

При малых скоростях силы сопротивления обусловлены практически силами трения. В этом случае слои жидкости не перемешиваются и линии тока имеют вид как на рис.9.

Рис.9.

Движение будет ламинарным.

При увеличении скорости характер обтекания меняется. Позади тела образуются завихрения, и начинается перемешивание слоев жидкости. Характер движения становится турбулентным (рис.10).

Рис.10

В этом случае возникают различные давления в жидкости в точках 1 и 2.Из уравнения Бернулли следует, что , и . Разность этих давлений обуславливает дополнительную силу

- площадь поперечного сечения тела, . Из уравнения Бернулли . Теперь

Критерием перехода движения жидкости из ламинарного в турбулентное служит равенство сил . Скорость тела, при которой это равенство выполняется, называется критической, .

или

- критическое число Рейнольдса.

Отношение называется числом Рейнольдса.

Вычисление числа Рейнольдса позволяет определить характер обтекания тела жидкостью. Если больше критического, то характер обтекания турбулентный, если меньше – ламинарный. Это важно знать при конструировании судов. Для определения формы подводной части судна по критическому числу Рейнольдса. Можно заранее определить критическую скорость , то есть скорость, больше которой силы сопротивления начинают резко возрастать.