АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Турбулентний і ламінарний режими руху рідини

Читайте также:
  1. В якому випадку не враховується тиск на поверхні рідини при розрахунку навантажень, що спричиняє рідина на тверді поверхні?
  2. Вибір робочої рідини
  3. Вивчити основні поняття кінематики і динаміки рідини.
  4. Визначення втрат енергії при ламінарному режимі течії рідини в трубі круглого поперечного перерізу
  5. Визначення гідростатичного тиску рідини на тверде тіло у різних точках поверхні твердого тіла
  6. Визначення залежності в’язкості рідини від її температури
  7. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ГІДРАВЛІЧНОГО ТЕРТЯ ПРИ РУСІ РІДИНИ В НАПІРНОМУ ТРУБОПРОВОДІ
  8. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА МІСЦЕВИХ ОПОРІВ ПРИ НАПІРНОМУ РУСІ РІДИНИ
  9. Визначення параметрів потоку рідини
  10. ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РУХУ РІДИНИ
  11. ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМУ РУХУ РІДИНИ
  12. Визначення сили як фізичної якості. Режими роботи м'язів при силовому навантаженні

В природі існує два режими руху рідини: ламінарний і турбулентний. При ламінарному режимі потік рідини рухається окремими струменями і траєкторії окремих частин між собою не перетинаються.

При турбулентному режимі руху всі струмені перемішуються і траєкторії руху частин набувають дуже складної форми, перетинаючись між собою.

В 1883 році англійський фізик Осборн Рейнольдс опублікував результати своїх експериментальних досліджень, які ілюстрували наявність в природі двох вказаних режимів руху рідини.

О. Рейнольдс виконував свої досліди на спеціальному приладі, принципова схема якого до теперішнього часу використовується для демонстрацій режимів руху (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. - Прилад для демонстрації режимів руху рідини

 

Такий прилад складається із великого бака 1, заповненого рідиною, і невеликого бачка 2, в який наливається фарбник. Із бака 1 виходить кругла скляна трубка 3 постійного діаметру d. Трубка 3 має на кінці кран 4, який дозволяє регулювати витрати рідини через трубку 3. Вимірювання витрат рідини проводиться за допомогою мірного посуду 7. Трубка 3 для забезпечення плавного входу в неї рідини має лійку, до якої із бачка 2 підведена тонка трубка 5, що має зверху кран 6. Через трубку 5 поступає фарбник із бачка 2 у вхідну лійку трубки 3 і проходить підфарбовування рідини під час досліду.

Дослід, як правило, починається з малих швидкостей. Для цього кран 4 відкривають до малого отвору і одночасно пускають зафарбовану рідину через трубку 5. При цьому в трубці 3 видно зафарбований струмінь S-S (рисунок 1.2, а), який чітко виділяється серед рідини, що рухається. Решта рідини фарбуватись не буде. Якщо пустити фарбу в кількох точках вхідної лійки, то ми отримаємо кілька зафарбованих струменів, що не перетинаються між собою, як це показано на рисунку 1.2, б. Частини рідини, що рухаються в струмені S-S не перетинаються з частинами сусідніх струменів, і в даному випадку спостерігається струменевий рух, що називається ламінарним.

Рисунок 1.2. - Ламінарний режим руху рідини.

 

Продовжуючи дослід, відкривають кран 4 на більшу величину і отримують тим самим більші середні швидкості в скляній трубці. При цьому до певної межі характер зафарбованого струменя змінюватись не буде. Однак, по мірі збільшення середньої швидкості струмінь почне скривлюватись, мати хвилястий характер з місцевими розривами.

При певній швидкості струмінь зовсім пропаде, і вся маса рідини в скляній трубці 3 буде зафарбованою, правда, більш блідно, чим до цього був зафарбований окремий струмінь. В даному випадку відбувається порушення струменевого руху, і ламінарний режим переходить в турбулентний.

Турбулентний режим, схема якого показана на рисунку 1.3, характеризується інтенсивним перемішуванням потоку рідини в результаті руху частин по дуже складним траєкторіям. Частини переміщуються поперек потоку, здійснюючи дуже складні шляхи при своєму загальному русі вперед.

Рисунок 1.3. - Турбулентний режим руху рідини

 

Описаний дослід демонструє перехід ламінарного режима руху в турбулентний при досягненні визначеної середньої швидкості. Даний дослід можна провести і в зворотньому напрямку, починаючи з великих швидкостей і поступово їх зменшувати. При цьому спочатку вся маса рідини буде зафарбованою і спостерігатиметься турбулентний режим. По мірі зменшення швидкості почне з’являтися зафарбований струмінь, який потім прийме стійку форму, що відповідає ламінарному режиму.

Процес переходу одного режиму руху в інший не являється зовсім зворотнім: Ламінарний режим переходить в турбулентний при значно більших швидкостях, чим ті, при яких турбулентний режим переходить в ламінарний.

Ламінарний режим спостерігається при русі в’язких рідин (нафти, бітума, мастил і т.д.), а також при русі води через тонкі капілярні трубки.

Дуже часто зустрічається турбулентний режим. Так, наприклад, рух води в водопровідних трубах, в різного роду напірних водоводах, в каналах, в ріках і т. д. при звичайних швидкостях майже завжди носить турбулентний характер.

Критерієм для визначення режиму руху являється безрозмірне число Рейнольдса. Для труб круглого перерізу число Рейнольдса визначається по формулі:

Re = ,

де v – середня швидкість руху рідини;

d – діаметр труби;

γ – кінематичний коефіцієнт в’язкості рідини.

В результаті проведення дослідів встановлено, що при заданому діаметрі трубки d і коефіцієнті кінематичної в’язкості , перехід одного режиму в інший проходить при визначеній середній швидкості потоку. Розрізняють дві критичні швидкості: верхню vкр. в . і нижню vкр. н.. При верхній критичній швидкості ламінарний режим руху переходить в турбулентний; при нижній – турбулентний режим переходить в ламінарний. При цьому завжди верхня критична швидкість білша нижньої.

Для визначення значень критичної швидкості Рейнольдс запропонував наступну формулу:

vкр. = ,

де γ – кінематичний коефіцієнт в’язкості рідини.

Rе кр . – критичне число Рейнольдса, постійне для всіх рідин, яке відповідає критичній швидкості.

d – діаметр труби.

Дуже важливим є встановлення верхнього і нижнього критичних чисел Рейнольдса Rе кр. в і Rе кр. н, що відповідають верхнім і нижнім критичним швидкостям. В результаті проведених експериментів були встановлені наступні значення вказаних величин для труб круглого перерізу при напірному режимі руху рідини:

Rе кр. в = 13800; Rе кр. н = 2320.

Відповідно верхня і нижня критичні швидкості можуть бути представленітак:

vкр.в = ; vкр.н = .

Із залежностей видно, що верхня критична швидкість майже в 6 раз більше нижньої. Для безнапірного руху рідини Rе кр. в = 560.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)