Турбулентный режим движения

Краткие теоретические сведения. Ламинарный и турбулентный режимы движения

Турбулентный режим движения

Ламинарный и турбулентный режимы движения.

Опыты Рейнольдса.

Рассматривая жидкость как идеальную, мы пренебрегаем ее вязкостью. Это приводит к тому, что сопротивление тела, равномерно движущегося в неограниченном пространстве, оказывается равным нулю, а это противоречит данным опытов с реальными жидкостями.

В реальных жидкостях со стороны слоя, движущегося медленно, действуют силы, замедляющие движение частиц слоя, движущегося с большей скоростью и, наоборот, частицы слоя с большей скоростью ускоряют более медленный слой. При малых скоростях движения жидкости один слой скользит по другому.

Слой у стенки прилипает к ней. Силы вязкости пропорциональны изменению скорости потока в нормальном направлении к скорости. Наиболее сильно они будут сказываться там, где изменения скорости велики.

Расположенная около поверхности тела (трубы, канала) область течения вязкой жидкости, в которой изменяется скорость, называется пограничным слоем.

Вне пограничного слоя влияние вязкости проявляется слабо и поведение вязкой жидкости близко к поведению идеальной.

В вязкой жидкости складываются два движения: хаотичное движение молекул и направленное движение всего потока. С учетом этого можно уточнить понятие пограничного слоя.

Пограничный слой представляет собой область течения вязкой жидкости, в которой силы трения и инерции имеют одинаковый порядок.

Многочисленными наблюдениями и опытами установлено, что существует два основных режима движения жидкостей: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме вся масса жидкости движется параллельными скользящими друг по другу несмешивающимися струйками или слоями.

При турбулентном режиме отдельные частицы жидкости движутся по произвольным сложным траекториям, струйки перемешиваются, и поток жидкости представляет собой беспорядочно движущуюся массу.

Впервые предположение о существовании двух режимов движения жидкости высказал Д.И.Менделеев в 1880 г. Позднее оно было подтверждено опытным путем О.Рейнольдсом в 1883 г. Он пропускал воду через стеклянные трубки разного диаметра, регулируя скорость движения воды в них кранами 1 и 5 (рис.1). По тонкой трубке 3 с заостренным концом к входу

Рис. 1. Экспериментальная установка О.Рейнольдса:

1, 5 — краны; 2 — сосуд с окрашенной жидкостью; 3 — трубка с заостренным концом;

4 — трубка; 6 — сосуд; 7 — сливная трубка

в стеклянную трубку 4 подводилась окрашенная жидкость из сосуда 2. Средняя скорость в трубке 4 площадью сечения ω определялась по объему воды W, поступившей в сосуд 5 за время t: v = W/(ωt).

Опыты, проводившиеся при постоянном напоре (для его поддержания была использована сливная трубка 7), показали, что при малых скоростях движения воды в трубке 4 краска движется в ней в виде тонкой струйки параллельно стенке, не перемешиваясь с водой. После достижения определенной для данных условий опыта средней скорости движение частиц жидкости становится беспорядочным, струйка краски начинает размываться, отчего вся вода в трубке окрашивается.

Размывание струйки происходит вследствие образования вихрей и беспорядочного движения частиц. Однако у стенки, как и при ламинарном режиме, скорость остается равной нулю (рис.2).

Рис. 2. Эпюры скоростей в трубе:

1 — при ламинарном течении; 2 — при турбулентном течении

При ламинарном течении жидкости в трубе эпюра скоростей имеет вид параболы; скорость в произвольной точке потока vr = ,

где Δp – перепад давления по длине трубы; μ – динамическая вязкость; l – длина трубы; r0 – радиус трубы; r – радиус потока в точке определения скорости.

Максимальная скорость в центре поперечного сечения на оси трубы

vmax = . (1)

Расход жидкости через сечение трубы Q = . (2)

Средняя скорость vcр = Q/πr02 = . (3)

Сравнение формул (1) и (3) показывает, что при ламинарном течении средняя скорость в 2 раза меньше максимальной: vср = 0,5vmax.

При турбулентном течении жидкости в трубе можно говорить лишь о ее средней скорости. Характер течения зависит от средней скорости жидкости vср, диаметра трубопровода d, динамической вязкости μ и плотности жидкости ρ. Все эти факторы учитываются безразмерным комплексом, получившим название «число Рейнольдса»

Rе = ,

где ν – кинематическая вязкость.

Физически число Рейнольдса характеризует отношение сил инерции и сил вязкости в потоке жидкости. Таким образом, режим движения жидкости для каждого конкретного случая зависит от числа Рейнольдса.

Многочисленными опытами установлено предельное значение числа Рейнольдса, при превышении которого поток из ламинарного переходит в турбулентный.

Это значение называется критическим числом Рейнольдса Rекр = 2320.

Средняя скорость, соответствующая ему, называется критической скоростью vкр = .

Для потоков с сечением другой формы в качестве характеристики используют гидравлический радиус Rг или эквивалентный диаметр dэкв:

Rе = .

Число Рейнольдса является критерием, определяющим режим течения жидкости в трубах. При Rе‹2320 движение жидкости происходит при ламинарном режиме, при Rе›2320 – при турбулентном. При переходе от ламинарного движения к турбулентному и наоборот наблюдается промежуточный (переходный) режим (Rе = 2320…4000), при котором струйки имеют волнистый профиль, но не перемешиваются между собой.

Вполне развитое турбулентное течение в трубах устанавливается при Rе = 4000.

Пример 1.Определить число Рейнольдса и режим движения воды в водопроводной трубе d=30 мм, если расход воды Q=0,136 м3/с.Температура воды 100С .

Решение:

Живое сечение потока

Средняя скорость движения воды в трубе

Число Рейнольдса Rе = .

uде ν – кинематическая вязкость (по табл. Определяем, что при температуре воды 10 0С ν = 1.31∙10-6 м2/с).

Отсюда Rе = . Поскольку Rе›Rекр = 2320, движение воды будет турбулентным.

Пример 2.Применяемые в водоснабжении и канализации трубы имеют минимальный диаметр dmin=12 мм максимальный диаметр dmax=3500мм. Расчётные скорости движения воды в них 0.5 …4 м/с. Определить минимальное и максимальное числа Рейнольдса и режим течения воды в этих трубопроводах.

Решение:

Температура воды в системах водоснабжения может изменяться от 0 до 300С; согласно табл. Кинематическая вязкость при 00С ν0 =1.79∙10-6м2/с, а при 300С ν30 =0,81∙10-6м2/с.

Минимальное число Рейнольдса будет при d=dmin=0,012 м, v=0,5 м/с, ν= ν0:

Rеmin = = =

Максимальное число Рейнольдса будет при d=dmax=3,5 м, v=4 м/с, ν= ν30:

Rеmax = = =

Даже минимальное значение числа Рейнольдса больше Rекр = 2320, поэтому в трубопроводах систем водоснабжения и канализации режим движения воды всегда турбулентный.

Источник: https://megaobuchalka.ru/3/38304.html

Ламинарное и турбулентное течение. Режимы течения жидкости

Турбулентный режим движения

Изучение свойств потоков жидкостей и газов очень важно для промышленности и коммунального хозяйства. Ламинарное и турбулентное течение сказывается на скорости транспортировки воды, нефти, природного газа по трубопроводам различного назначения, влияет на другие параметры. Этими проблемами занимается наука гидродинамика.

Классификация

В научной среде режимы течения жидкости и газов разделяют на два совершенно разных класса:

  • ламинарные (струйные);
  • турбулентные.

Также различают переходную стадию. Кстати, термин «жидкость» имеет широкое значение: она может быть несжимаемой (это собственно жидкость), сжимаемой (газ), проводящей и т. д.

История вопроса

Еще Менделеевым в 1880 году была высказана идея о существовании двух противоположных режимов течений. Более подробно этот вопрос изучил британский физик и инженер Осборн Рейнольдс, завершив исследования в 1883 году.

Сначала практически, а затем с помощью формул он установил, что при невысокой скорости течения перемещение жидкостей приобретает ламинарную форму: слои (потоки частиц) почти не перемешиваются и движутся по параллельным траекториям.

Однако после преодоления некоего критического значения (для различных условий оно разное), названного числом Рейнольдса, режимы течения жидкости меняются: струйный поток становится хаотичным, вихревым – то есть, турбулентным. Как оказалось, эти параметры в определенной степени свойственны и газам.

Практические расчеты английского ученого показали, что поведение, например, воды, сильно зависит от формы и размеров резервуара (трубы, русла, капилляра и т.д.), по которому она течет.

В трубах, имеющих круглое сечение (такие используют для монтажа напорных трубопроводов), свое число Рейнольдса – формула критического состояния описывается так: Re = 2300. Для течения по открытому руслу число Рейнольдса другое: Re = 900.

При меньших значениях Re течение будет упорядоченным, при больших – хаотичным.

Ламинарное течение

Отличие ламинарного течения от турбулентного состоит в характере и направлении водных (газовых) потоков. Они перемещаются слоями, не смешиваясь и без пульсаций. Другими словами, движение проходит равномерно, без беспорядочных скачков давления, направления и скорости.

Ламинарное течение жидкости образуется, например, в узких кровеносных сосудах живых существ, капиллярах растений и в сопоставимых условиях, при течении очень вязких жидкостей (мазута по трубопроводу).

Чтобы наглядно увидеть струйный поток, достаточно немного приоткрыть водопроводный кран – вода будет течь спокойно, равномерно, не смешиваясь.

Если краник отвернуть до конца, давление в системе повысится и течение приобретет хаотичный характер.

Турбулентное течение

В отличие от ламинарного, в котором близлежащие частицы движутся по практически параллельным траекториям, турбулентное течение жидкости носит неупорядоченный характер.

Если использовать подход Лагранжа, то траектории частиц могут произвольно пересекаться и вести себя достаточно непредсказуемо.

Движения жидкостей и газов в этих условиях всегда нестационарные, причем параметры этих нестационарностей могут иметь весьма широкий диапазон.

Как ламинарный режим течения газа переходит в турбулентный, можно отследить на примере струйки дыма горящей сигареты в неподвижном воздухе. Вначале частицы движутся практически параллельно по неизменяемым во времени траекториям.

Дым кажется неподвижным. Потом в каком-то месте вдруг возникают крупные вихри, которые движутся совершенно хаотически. Эти вихри распадаются на более мелкие, те – на еще более мелкие и так далее.

В конце концов, дым практически смешивается с окружающим воздухом.

Циклы турбулентности

Вышеописанный пример является хрестоматийным, и из его наблюдения ученые сделали следующие выводы:

  1. Ламинарное и турбулентное течение имеют вероятностный характер: переход от одного режима к другому происходит не в точно заданном месте, а в достаточно произвольном, случайном месте.
  2. Сначала возникают крупные вихри, размер которых больше, чем размер струйки дыма. Движение становится нестационарным и сильно анизотропным. Крупные потоки теряют устойчивость и распадаются на все более мелкие. Таким образом, возникает целая иерархия вихрей. Энергия их движения передается от крупных к мелким, и в конце этого процесса исчезает – происходит диссипация энергии при мелких масштабах.
  3. Турбулентный режим течения носит случайный характер: тот или иной вихрь может оказаться в совершенно произвольном, непредсказуемом месте.
  4. Смешение дыма с окружающим воздухом практически не происходит при ламинарном режиме, а при турбулентном – носит очень интенсивный характер.
  5. Несмотря на то, что граничные условия стационарны, сама турбулентность носит ярко выраженный нестационарный характер – все газодинамические параметры меняются во времени.

Есть и еще одно важное свойство турбулентности: оно всегда трехмерно. Даже если рассматривать одномерное течение в трубе или двумерный пограничный слой, все равно движение турбулентных вихрей происходит в направлениях всех трех координатных осей.

Число Рейнольдса: формула

Переход от ламинарности к турбулентности характеризуется так называемым критическим числом Рейнольдса:

Recr = (ρuL/µ)cr,

где ρ – плотность потока, u – характерная скорость потока; L – характерный размер потока, µ – коэффициент динамической вязкости, cr – течение по трубе с круглым сечением.

Например, для течения со скоростью u в трубе в качестве L используется диаметр трубы. Осборн Рейнольдс показал, что в этом случае 2300

Источник: https://FB.ru/article/185694/laminarnoe-i-turbulentnoe-techenie-rejimyi-techeniya-jidkosti

Турбулентный режим движения

Турбулентный режим движения

Турбулентныйрежим движения существует в трубах,если число Рейнольдса больше критическогочисла Рейнольдса Re>Reкр= 20002320.

Турбулентный режим движения по своейприроде нестационарный режим, поэтомуи давления и скорости в любой точкеменяются с течением времени. На 4.5приведено изменение составляющейместной скорости вдоль осиxс течением времениux(t).

Среднее значение этой скорости задостаточно большой промежуток времениназывается осреднённой скоростью

(4.0)

Разностьместной скорости и осреднённой скоростиназывается пульсацией скорости ux(t)

(4.0)

Пульсациискорости происходят как вдоль оси трубы,так и по радиусу трубы.

Поэтому частицыжидкости, находящиеся у стенки трубы иимеющие маленькую скорость вдоль оситрубы могут оказаться на оси трубы, гдебольшие скорости и будут тормозить этислои.

А частицы жидкости, находящиесяна оси трубы и имеющие большую скоростьвдоль оси трубы могут оказаться у стенкитрубы, где маленькие скорости и будутускорять эти слои.

Рисунок4.31 – пульсации местной скорости в турбулентном потоке.

Поэтомуза счет пульсаций скоростей эпюраскорости при турбулентном режиме устенки быстро возрастает, чем приламинарном режиме, а на оси трубы эпюраболее пологая.

4.2 – эпюры скоростей при ламинарном и турбулентном режиме
Рисунок4.32 – структура потока при турбулентном режиме
Рисунок4.33(a)(b)

Экспериментальнымопределением зависимости падениядавления от расходажидкости в трубах и каналах начализаниматься более 200 лет тому назад.

Почтикаждый исследователь получал свой,отличный от других, закон сопротивления.Это было связано с тем, что в опытахразличных авторовне соблюдался закон подобия, установленныйО. Рейнольдсом в концеXIXвека.

Кроме того, не учитывалось, что вразных опытах стенки имели различнуюшероховатость.

Первыесистематические опыты для выяснениязависимости коэффициентагидравлического сопротивленияλ отRe и шероховатости стенок труб былипроделаны Никурадзе в конце 20-х – начале30-х годовXXвека вГеттингенском университете.

Опытыпроизводились на гладких латунныхтрубах и трубах с искусственнойравномерной шероховатостью. Такаяшероховатость получалась путемнаклейки на стенки трубы песчинокопределенногоразмера, для чего песок предварительнопросеивался через специальные сита.

Размер зерен песка принимался за размерзерен шероховатости ∆.

Результатыопытов Никурадзе в координатах lg()– lg(100 Re)представленына 4.5, гдее = k/D.Из этих опытов, проведенных в широкомдиапазоне значенийчисла Рейнольдса, следует, что существует5 областей для коэффициентагидравлического сопротивления.

Рисунок4.34 – обработка опытов Никурадзе.

Впервой области (прямая I)приRe< 2300 режим теченияламинарный иλ зависит отRe,но не зависит отk/D.Для этой области справедлива формула:

.(4.0)

Вовторой области имеет место переходныйобласть от ламинарного режима движенияк турбулентному режиму. Коэффициент λвозрастает и зависит только от Re.

Третьяобласть (прямая II)- так называемая область гидравлическигладких труб. Трубы с различнойшероховатостью ведут себя как гладкие,то естьλ зависит только отRe.При этом границы области зависят отk/D.Чем больше k/D,тем уже этаобласть. При достаточно больших k/Dтретьяобласть исчезает. Для этой областисправедлива формула Блазиуса:

(4.0)

Четвертаяобласть – область смешанного трения илиобласть доквадратичного сопротивления.Коэффициент λзависиткак отRe, так и отk/D.В этой области существует достаточномного формул, но удобно пользоватьсяформулой Альтшуля:

(4.0)

Пятаяобласть – область квадратичного трения.Коэффициент λзависиттолько отk/D.

(4.0)

Привыполнении вычислений на ЭВМ удобноиспользовать формулу Черчилля,справедливую во всем диапазоне чиселРейнольдса, включая ламинарныйрежим течения:

(4.0)

Источник: https://studfile.net/preview/5657439/page:17/

Турбулентный режим

Турбулентный режим движения

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7   ..

2.3.2. Турбулентный режим

Турбулентный режимимеет наибольшее распространение в промышленной практике, характеризуется пульсационным движением частиц в продольном и поперечном направлениях по отношению к основному движению потока.

При турбулентном течении из-за хаотического движения частиц происходит выравнивание скоростей в основной массе потока и их распределение по сечению трубы характеризуется кривой, отличающейся по форме от параболы. При этом кривая имеет более широкую вершину (рис. 2.8).

В результате экспериментов установлено, что средняя скорость при турбулентном режиме не равна половине максимальной, как для ламинарного течения, а значительно больше этой величины, причем отношение . Например, при 0,8 , а при 0,9 .

 

В связи со сложным характером турбулентного движения не представляется возможным теоретически получить профиль распределения скоростей и значение . Кроме того, при турбулентном  течении профиль скоростей выражает распределение не истинных, а осредненных во времени скоростей.

В каждой точке турбулентного потока истинная скорость не остается постоянной во времени из-за хаотического движения частиц. Мгновенные значения скорости испытывают флуктуации, или нерегулярные пульсации, имеющие неустановившийся характер (рис. 2.9).

Истинную скорость измерить практически невозможно из-за хаотического перемещения частиц во всех направлениях. Скорости пульсируют около некоторой усредненной величины, превышая или становясь меньше ее.

Для данной точки величина осредненной во времени скорости может быть найдена из соотношения

 .

Разность между истинной и пульсационной скоростями называют мгновенной пульсационной скоростью:

.

Причем величина   имеет переменный знак. Понятие усредненной скорости не следует путать со средней скоростью потока.

Несмотря на кажущуюся беспорядочность изменения скоростей при турбулентном течении, величина усредненной скорости за достаточно большой промежуток времени  остается постоянной. При этом уже достаточно большим может считаться период времени, измеряемый долями секунды, т. к.

частота пульсаций скорости очень высока. Поэтому вместо изменения мгновенных скоростей можно рассматривать независимое от времени изменение усредненных скоростей по сечению трубопровода.

В этой связи усреднение скоростей по времени позволяет считать неустановившееся турбулентное течение квазистационарным.

 

Интенсивность турбулентности выражается отношением

.

Средняя квадратичная величина пульсационной скорости, усредненная по всем направлениям, определяется, как

.

Интенсивность турбулентности является мерой пульсации в данной точке потока. При турбулентном течении в трубах 0,01–0,1. Если величины средних пульсаций скорости одинаковы по всем направлениям, то такая турбулентность называется изотропной.

Турбулентность всегда в той или иной степени отличается от изотропной, приближаясь к ней вблизи оси развитого турбулентного потока и все больше отклоняясь от нее в поперечном направлении, по мере приближения к стенке трубы.

К важным характеристикам турбулентного потока относится масштаб турбулентности и турбулентная вязкость. Чем ближе друг к другу находятся две частицы в турбулентном потоке, тем более близки их истинные скорости. В то же время у достаточно удаленных одна от другой частиц нет связи между пульсациями их скоростей.

Достаточно близко расположенные частицы, движущие совместно, можно считать принадлежащими к некоторой единой совокупности, называемой обычно вихрем.

Размер таких вихрей, или глубина их проникновения, которая может быть отождествлена с расстоянием между двумя ближайшими частицами, уже не принадлежащими к одному вихрю, зависит от степени турбулентности в потоке, или ее масштаба, и поэтому называется  масштабом турбулентности. 

Для двух частиц, движущихся в направлении оси  с различными усредненными скоростями и находящихся на расстоянии друг от друга в направлении перпендикулярном оси трубы, выполняется закон Ньютона:

.

В ламинарном потоке  было бы единственным  напряжением, возникающим между расположенными на расстоянии  слоями жидкости.  Однако в турбулентном потоке частицы перемещаются относительно друг друга не только в продольном, но и в поперечном направлении. Это создает  дополнительное касательное напряжение  – турбулентное, которое,  по аналогии с законом Ньютона, можно выразить уравнением

.

Величина  представляет собой  кинематический коэффициент турбулентной вязкости.

 В отличие от обычного коэффициента кинематического коэффициента вязкости , коэффициент турбулентной вязкости  не является физической константой, определяемой природой жидкости, ее температурой и давлением.

Турбулентная вязкость зависит от скорости и параметров, определяющих степень турбулентности потока (в частности, расстоянием от стенки трубы и т.д.).

Суммарное касательное напряжение в потоке определяется, следовательно, как вязкостью, так и турбулентностью потока:

.

В основной массе потока скорости жидкости в значительной мере выровнены по сечению трубы. Однако вблизи стенки трубы скорость резко снижается, становясь равной нулю на стенке.

Движение жидкости становится менее турбулентным  и все более ламинарным, вследствие того, что твердая стенка как бы «гасит» турбулентные пульсации в поперечном направлении.

Таким образом, турбулентное течение всегда сопровождается ламинарным.

Условно различают центральную зону, или основную массу жидкости, называемую ядром потока, в которой движение является развитым турбулентным, и гидродинамический пограничный слой вблизи стенки, где происходит переход турбулентного течения в ламинарное.

Внутри этого слоя у стенки имеется тонкий подслой  толщиной , где силы вязкости оказывают превалирующее влияние на движение жидкости, поэтому характер ее течения в подслое в основном ламинарный. Градиент скорости в ламинарном пограничном подслое очень высок, причем на стенке скорость потока равна нулю.

Ламинарный подслой в турбулентном потоке характеризуется очень малой толщиной, которая уменьшается с возрастанием турбулентности потока.

Между ядром потока и ламинарным подслоем существует переходная зона, причем ламинарный подслой и эту зону называют гидродинамическим пограничным слоем. Толщина его определяется тем, что напряжения сдвига между частицами жидкости в пограничном слое, обусловленные ее вязкостью и турбулентными пульсациями, а  следовательно, значениями , становятся сравнимыми по порядку величинами.

Таким образом, структура турбулентного потока состоит из двух зон, четких границ между которыми не существует. Поэтому более правильно использовать представление не о чисто ламинарном, а о вязком подслое,  в котором влияние вязкости преобладает над влиянием турбулентных пульсаций, т.е. его толщина характеризуется тем, что в этом подслое .

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7   ..

Источник: https://zinref.ru/000_uchebniki/04200produkti/010_00_00_processi_i_apparati_pishevih_proizvodstv_lekcii/006.htm

Режимы движения жидкости (ламинарный и турбулентный)

Турбулентный режим движения

Характер (вид) движения жидкости изучался в 1840—1880 гг. в Германии Г. Хагеном и в России Д. Менделеевым. Состояние движения потока может иметь струйчатый или беспорядочный характер.

Когда струйчатость нарушается, частички жидкости движутся по весьма сложным траекториям.

При струйчатом течении траектория движения частички жидкости ориентирована параллельно стенкам потока конечных размеров.

Весьма обширные и обстоятельные исследования по течению жидкости в трубе были проведены в 1883 г, английским ученым О. Рейнольдсом. Лабораторная установка (рис. 4.

1), на которой проводились эксперименты, состояла из бака 1, стеклянной горизонтальной трубы 2 диаметром d, частично находящейся в баке. В начале трубы имелся мундштук 3 (патрубок) с плавным переходом с большого входного отверстия на отверстие трубы.

На конце трубы за пределами бака находился кран 4, с помощью которого можно было регулировать расход воды и среднюю скорость в стеклянной трубе V=4Q/πd2

Над баком был установлен небольшой резервуар 5, заполняемый раствором анилиновой краски. К резервуару была присоединена тонкая трубочка 6, конец которой входил в мундштук по оси трубы. Для регулирования пуска раствора краски через трубочку в стеклянную трубу имелся краник 7. Раствор анилиновой краски имел практически одинаковую плотность с водой, находящейся в баке.

Опыты заключались в том, что, открывая кран на трубе, устанавливались определенные расход и скорость V. Одновременно пускался из резервуара 5 раствор краски, который выходил из трубочки 6 в трубу 2.

При достаточно малой скорости в трубе струйка раствора образовывала внутри потока воды устойчивую несмешивающуюся окрашенную тонкую струйку. Данный опыт демонстрировал существование струйчатого характера движения жидкости. Несколько увеличивая среднюю скорость, наблюдалось такое же движение окрашенной струйки.

Движение жидкости, которому соответствует устойчивый струйчатый характер, является ламинарным движением. Название движения произошло от латинского слова lamina — слой. Ламинарный режим соответствует относительно малым скоростям и слоистому движению жидкости. Частички жидкости не перемешиваются друг с другом, и линии тока параллельны оси движения потока.

Ламинарным называется движение жидкости, при котором ее частицы совершают упорядоченное движение и траектории частиц мало отличаются друг от друга, так что жидкость рассматривается как совокупность отдельных слоев, движущихся с разными скоростями, не перемешиваясь друг с другом.

Ламинарное движение может быть как установившимся, так и неустановившимся.

Открывая кран больше, увеличивая тем самым скорость, струйка приобретает некоторый волнистый характер, и местами струйка может иметь разрывы.

Следовательно, в этот промежуток времени будет происходить нарушение струйчатого движения воды, чему соответствует некоторая средняя скорость Vкр1 Скорость Vкр1 получила название нижней критической скорости.

При скорости V>=Vкр1 будет иметь место нарушение струйчатого течения, и поток в трубе будет находиться в неустойчивом состоянии. Такой режим движения является неустойчивым.

При дальнейшем увеличении скорости потока в трубе струйка раствора исчезает. Частички этой струйки начинают перемешиваться с потоком воды. Частички раствора движутся в разном произвольном направлении, и при этом не наблюдается определенной закономерности их движения.

Они имеют различные перемещения по пути движения. В результате перемешивания частиц вся масса воды, движущейся в трубе, становится несколько окрашенной. Такое движение можно считать беспорядочным. Переход движения потока в такое состояние происходит, когда скорость достигнет некоторой величины Vкр2.

Эта скорость называется верхней критической скоростью.

Движение, при котором наблюдается беспорядочный характер движения частичек жидкости по весьма сложным траекториям, является турбулентным движением, от латинского слова turbulentus — вихревой, беспорядочный.

Турбулентным называется движение жидкости, при котором ее частицы совершают неустановившиеся и неупорядоченные движения по достаточно сложным траекториям, в результате этого происходит интенсивное перемешивание различных слоев жидкости (рис. 4.2).

Турбулентное движение является неустановившимся движением.

Турбулентный режим наблюдается при больших скоростях, когда средняя скорость V>Vкр2, при этом происходит интенсивное перемешивание частиц в потоке жидкости.

Таким образом, ламинарное движение в трубе имеет место, когда V < Vкpl, турбулентное - V>Vкр2.

В пределах Vкр2 > V > Vкр1 движение является неустойчивым ламинарным движением.

Малейшее возмущение потока приводит к переходу неустойчивого ламинарного режима в турбулентный. Возмущение может произойти в результате некоторого сотрясения трубы в виде толчка, наличия в потоке тела, находящегося в состоянии колебания, и т.д.

О. Рейнольде на основании результатов опытов и использования размерностей физических величин установил, что величина критической скорости прямо пропорциональна динамической вязкости μ и обратно пропорциональна плотности жидкости ρ и диаметру трубы d:

Эта формула не особа пригодится. Так что не заморачивайтесь по этой формуле.

где ν — кинематическая вязкость, ν=μ/ρ.
Re — безразмерный эмпирический коэффициент, соответствующий Vкр.μ – динамическая вязкость.

ρ – Плотность.

μ – Динамическая вязкость, нам на практике вообще не пригодится, он пригодится лишь для осмысления, того что такое вязкость и как оно влияет на сопротивление.

ν — кинематическая вязкость, эта величина на практике обычно находится по специальным таблицам, для каждой жидкости при конкретной температуре. Она находится опытным путем. В других статьях обязательно размещу эти таблицы, для вашего пользования.

Этот коэффициент Re получил название число Рейнольдса.

Нижней критической скорости Vкр1 . соответствует критическое число Re1, а верхней критической скорости Vкр2 — число Re2.

Число Рейнольдса Re характеризует режим движения потока в трубе, движущегося со скоростью V:

Эту формулу желательно запомнить, этой формулой часто придется пользоваться при гидравлическом расчете, так что можете у себя пометить.

На основании опытов Рейнольдса и многочисленных исследований других ученых для круглых труб критическое число Рейнольдса лежит в пределах Re1 = 1000—2300. Для практических инженерных расчетов было принято значение Re1 = 2300. Ламинарный режим устанавливается, когда Re < 2300,

т.е. (Vd/ν) Re > 2300 будет неустойчивый (неупорядоченный) режим движения, т.е. переходная неустойчивая критическая область течения жидкости.

Число Рейнольдса, являясь безразмерной величиной, одинаково для всех жидкостей и газов, а также диаметров трубопроводов. Однако для разных жидкостей и газов будут иметь место соответствующие критические скорости.

А теперь по простому объясню число Рейнольдса это некое число которое нам пригодится для гидравлического расчета. Число находится следующим образом: Скорость потока умножаем на диаметр потока и делим на кинематическую вязкость. Это самое основное что нужно делать на практике.

Также в данной статье описана формула для круглых труб. Прошу обратить на это внимание, если у вас будет жидкость проходить по каким либо квадратным или треугольным каналам, то формула будет другая. Я не стал приводить другие формулы так как на практике чаще всего круглые трубы.

Может в будущем сделаю статью про это.

Гидравлический расчет на потерю напора

Источник: http://infobos.ru/str/555.html

Book for ucheba
Добавить комментарий