Режимы движения жидкости
1.3. Режимы движения жидкости
1.3.1. Определение режимов движения жидкости
Движение жидкости, в зависимости от скорости, может проявляться в двух различных по структуре режимах - ламинарном (струйчатом) и турбулентном (беспорядочном).
Рассмотрим особенности этих режимов с качественной и количественной стороны.
Для исследования режимов движения жидкости используют опытную установку, предложенной английским ученым Рейнольдсом (рис. 1.7).
Рекомендуемые материалы
Рис. 1.7
При малых скоростях движения воды (рис. 1.7) - жидкость движется в виде струек, параллельных образующей трубы (а). Это указывает на отсутствие обмена и перемешивания частиц жидкости. Движение струйчатое. Такой режим движения называется ламинарным (в переводе - слоистое).
При увеличении скорости течения воды струйки начинает вибрировать принимают волнообразные очертания (б), а после достижения определенной – «критической» скорости - струйка мгновенно смешивается с остальными частицами потока (в). Наступает беспорядочный режим движения жидкости, с сильным перемешиванием частиц, который называется турбулентным.
Турбулентный режим характеризуется пульсацией скоростей и по величине и по направлению (пульсация обуславливается шероховатостью стенок и вязкостью жидкости).
Ламинарный режим протекает без пульсации скоростей.
Смена режимов происходит вследствие изменения скорости движения жидкости в трубе. Однако существование того или иного режима обусловлено, как установил Рейнольдс, не только величиной скорости, но и плотностью жидкости r, вязкостью m (зависящей от температуры) и характерными размерами потока. Переход одного режима в другой происходит при определенном значении некоторого безразмерного параметра (так называемого критического числа Рейнольдса) Re
,
где 
- кинематический коэффициент вязкости м2/c;
m - динамический коэффициент вязкости кгс.с/м2 ;
r - плотность жидкости, кг.с2 /м4;
d - диаметр трубы, м (размерность в системе мкгcс) .
Число Re является безразмерным:
.
Часто в число Рейнольдса вводят гидравлический радиус, являющийся обобщенной характеристикой размера и формы живого сечения потока. Тогда оно имеет следующий вид:
.
По опытным данным Рейнольдеа устойчивый ламинарный режим наблюдается (в рассматриваемом им случае напорного движения в трубах), когда число Red < 2300 (ReR < 575). Когда это число больше 2300 (575) - наблюдается турбулентный режим. Для открытых потоков ReRкр = 300.
Ламинарный режим встречается в природе в основном при движении грунтовых вод (в мелкозернистых грунтах). Турбулентный режим имеет место в трубах, каналах, реках, гидротехнических сооружениях и т.д.
1.3.2. Сопротивления при ламинарном и турбулентном движении
Опытным путем установлено, что потеря напора hf увеличивается с возрастанием скорости v (рис. 1.8).
При этом при ламинарном режиме потеря напора, а следовательно, и гидравлические сопротивления пропорциональны первой степени скорости. Можно написать
hfл = kл.v.
"Основные признаки разрешения конфликтов" - тут тоже много полезного для Вас.
При турбулентном режиме потери напора пропорциональны примерно квадрату скорости, т.е.
hfт = kт.v2.
Рис. 1.8
Таким образом, потери напора на преодоление гидравлического сопротивления по длине потока при турбулентном режиме значительно больше тех же потерь при ламинарном режиме.
