Існують два принципово різних режими руху рідини: ламінарний і турбулентний. Вперше відмінності ламінарного і турбулентного режимів руху рідини спостерігав німецький інженер - гідротехнік Г. Хаген в 1839 році. У 1880 році Д. І. Менделєєв в роботі "Про опір рідин і повітроплавання" зазначив залежність сил тертя від швидкості руху при різних режимах руху рідини. Найбільш повно це питання досліджував англійський фізик О. Рейнольдс в 1883 році. Він спостерігав за рухом рідини в скляній трубі, вводячи в потік підфарбовану рідину за допомогою тонкої трубки. В одних випадках підфарбована рідина рухалася практично прямолінійно (поперечне перемішування рідини відсутнє), в інших випадках спостерігалося безладне перемішування частинок рідини. Інтенсивне поперечне перемішування частинок рідини може відбуватися тільки в результаті змін в часі (пульсацій) векторів місцевих швидкостей в потоці.
Рух рідини, при якому відсутні зміни (пульсації) векторів місцевих швидкостей, називають ламінарним (від латинського слова "lamina" - шар). Рідина при цьому розглядається як сукупність окремих шарів, що рухаються з різними швидкостями, що не перемішуючись один з одним. Рух рідини, при якому відбуваються зміни (пульсації) векторів місцевих швидкостей, що призводять до перемішування рідини, називають турбулентним (від латинського слова "turbulentus" - безладний, хаотичний).
Дослідження течій рідини в круглій трубі, проведене О. Рейнольдсом в 1883 році, було задокументовано НЕ фотографіями, а малюнками. Завдяки збереженій експериментальній установці в Манчестерському університеті, сторіччям пізніше була зроблена серія фотографій дослідження течії рідини (рис. 4).
Мал. 4. Режими течії рідини: а) - стійкий ламінарний;
б) - перехідний (область нестійких режимів); в) - турбулентний
Для практичного застосування важливо вміти визначати режим руху рідини без безпосереднього (візуального) спостереження за характером руху її частинок. Критерієм, що дозволяє визначити режим руху рідини без безпосереднього спостереження, є безрозмірне число Рейнольдса Re:
Re = 
, (1.1)
де V - середня швидкість течії рідини, м / с; ℓ - характерний розмір потоку, м; ν - кінематичний коефіцієнт в'язкості рідини, м2 / с.
У разі круглих напірних труб в якості характерного розміру потоку приймають внутрішній діаметр d труби (в інших випадках - гідравлічний радіус R або глибину рідини h у відкритому каналі, руслі). Тому число Рейнольдса має індекс, який вказує обрану характерну лінійну величину. Для круглих напірних труб число Рейнольдса записується у вигляді:
Red = 
. (1.2)
Дослідами встановлено, що стійке ламінарний рух рідини в круглих трубах з зазвичай зустрічається шорсткістю спостерігається при Red <2000 ... 2300. При Red> 8000 ... 12000 в звичайних умовах має місце турбулентний режим руху рідини. При 2000 ... 2300 <Red <8000 ... 12000 можливий як ламінарний, так і турбулентний режим (область нестійких режимів). Практично вважають, що при Red <2300 має місце ламінарний режим руху рідини, а при Red> 2300 - турбулентний. Одним із завдань даної роботи є визначення критичного числа Рейнольдса (Red) до, яке може перебувати в межах від 1000 до 2300 (критичним число Рейнольдса є при переході турбулентного режиму руху рідини в ламінарний і навпаки).
Як видно з формули (1.2), режим течії рідини залежить від:
- швидкості руху рідини V;
- щільності рідини ρ і динамічної в'язкості μ (кінематична в'язкість ν = μ / ρ);
- температури рідини t, ºС (від температури залежить значення кінематичної в'язкості ν);
- лінійних розмірів (площі поперечного перерізу потоку S).
Крім вище перерахованих факторів, перехід від ламінарного течії рідини в турбулентний залежить також від шорсткості стінок труби, від відповідності швидкостей течії і щільності підфарбованою цівки рідини і потоку, від збурень, створюваних у джерела живлення потоку, від струсів русла потоку і т. Д.
Оскільки досвідчені дослідження з визначення режимів течії рідини проводяться тільки для круглих труб, то індекс "d" в позначенні числа Рейнольдса в подальшому вказуватися не буде.
Дата додавання: 2015-04-18; переглядів: 5; Порушення авторських прав
Создание сайтов Донецк
