Режимы движения жидкости

В потоках жидкостей и газов принято различать режимы движения. Движение, при котором линии тока прямолинейны и устойчивы, называются ламинарными, в таких потоках не происходит пульсации местных скоростей. Потоки, в которых происходит перенос вещества, как в продольном, так и в поперечном сечениях, называют турбулентными, такие потоки сопровождаются вихреобразованиями.

Пределы существования ламинарного и турбулентного движения были подтверждены О. Рейнольдсом на экспериментальной установке (рис 8.1). К напорному баку была присоединена стеклянная труба, к которой подводилась окрашенная жидкость из отдельного сосуда.

Скорость движения жидкости регулировалась краном.

Режимы движения жидкости - №1 - открытая онлайн библиотека

Рис 8.1 Экспериментальная установка Рейнольдса

В зависимости от скорости движения жидкости Рейнольдс наблюдал несколько видов движения:

- ламинарное (или слоистое), при котором струйки газа перемещаются параллельно одна другой, не пересекаясь. Характерной особенностью ламинарного движения является параболическое распределение скоростей по сечению потока, обусловленное трением о поверхность прилегающего к ней слоя газа и последующих слоев друг о друга;

- переходное (неустановившееся) движения газов, при котором наряду с ламинарным движением возникали первые вихревые пульсации потока, которые потом пропадали;

- турбулентное (или вихреобразное), при турбулентном режиме в потоке возникает множество вихрей, что приводит к интенсивному перемешиванию газа. Распределение скоростей при этом более равномерно и имеет вид усеченной параболы.

Характер движения зависит от соотношения сил инерции и сил внутреннего трения или вязкости.

Это соотношение характеризуется безразмерным комплексом, названным впоследствии критерием Рейнольдса: Режимы движения жидкости - №2 - открытая онлайн библиотека ,

где Режимы движения жидкости - №3 - открытая онлайн библиотека – эквивалентный диаметр канала, Режимы движения жидкости - №4 - открытая онлайн библиотека .

Для каналов произвольной формы Режимы движения жидкости - №5 - открытая онлайн библиотека ,

где Режимы движения жидкости - №6 - открытая онлайн библиотека – площадь сечения; Режимы движения жидкости - №7 - открытая онлайн библиотека – периметр).

Характер движения зависит от соотношения сил инерции и сил внутреннего трения.

Ламинарное течение наблюдается при малых значениях критерия Рейнольдса, а турбулентное при более высоких.

Так, для случая течения жидкости в круглых трубах при Режимы движения жидкости - №8 - открытая онлайн библиотека поток ламинарный, при Режимы движения жидкости - №9 - открытая онлайн библиотека поток турбулентный. Интервал Режимы движения жидкости - №10 - открытая онлайн библиотека соответствует неустановившемуся или переходному движению.