Два режима движения жидкости. Число Рейнольдса

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА

При движении жидкости в трубопроводе часть энергии потока (гидродинамического напора Н _гд) расходуется на определение гидравлических сопротивлений.

Они бывают двух видов:

1. Сопротивление по длине h _{ω дл}, пропорциональные длине потока;

2. местные сопрoтивления h _{ω м}, возникнове­ние которых связано с изменением направления или величины скорости в том или ином сечении потока.

К местным сопротивлениям относят внезапное расширение потока, внезапное сужение потока, вентиль, кран, диффузор и т. д.

Определение величины потерь энергии (напора) при движении жидкости является основной задачей гидродинамики.

В природе существуют два режима движения жидкости:

- ламинарный (слоистый)

- турбулентный (беспоря­дочный)

При ламинарном режиме частицы движутся в виде отдельных не перемешивающихся между co6oй.

При турбулентном – движение частиц беспорядочное, струйчатость потока нарушается, траектории частиц приобретают сложную форму, пересекаясь между собой. Эти предположения высказал Д.И. Менделеев.

Английский ученый О.Рейнольдс 1883 г. опытным путем подтвердил предположения Менделеева Д.И. и показал, что при известных условиях возможен переход от одного режима движения к другому и обратно.

Сосуд А наполняется жидкостью, которая может вытекать через трубку Б снабженную краном В для регулирования скорости истечения. В сосуде А уровень жидкости поддерживается постоянным. В трубку Б подается также окрашенная жидкость через трубку Г из маленького сосуда Д.

При постепенном открытии крана жидкость из сосуда А начинает вытекать; одновременно в поток подается тонкая струйка краски; если она не смешивается с движущейся в трубке Б жидкостью, то это будет означать, что режим движения жидкости ламинарный (рис.2-9, 6).

Рис.2-9. К существованию двух режимов движения жидко­сти.

а — схема установки Рейнольдса; б — ламинарное движение; в — турбулентное движение.

Постепенно увеличивая открытие крана В и тем самым изменяя скорость течения жидкости в трубе Б, можно наблюдать, как струйка краски начнет колебаться, а затем разрывается и через некоторое время равномерно окрасит всю жидкость в трубке.

Это значит, что ламинарный режим движения перешел в турбулентный (рис.2-9, в).

Опытами установлено, что наличие того или иного режима движения жидкости определяется совместным влиянием четырех факторов:

1. динамической вязкостью жидкости - μ;

2. плотностью жидкости ρ;

3. средней скоростью потока v

4. характерным линейным размером сечения потока d (например, для трубы – ее диаметром).

Из этих величин можно составить одну безразмерную величину определяющую режим движения жидкости, которую назвали числом Рейнорльдса:

Точными измерениями в круглых, гладких трубах ус­тановлено, что при Re<2300 режим движения ламинарный, при Re>2300 – турбулентный.

Значение числа Рейнольдса равное 2300, называют критическим и обозначают Re_кр. Оно соответствует устойчивому переходу от турбулентного режима к ламинарному.

Скорость движения потока соответствующую критическому значению числа Рейнольдса Re_кр, называют критической скоростью v _кр.