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 .
Скорость
получила название нижней критической
скорости. При скорости
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 . 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).
Рис. 4.2. Движение жидкости в трубе:
а - ламинарное; б - неустойчивое (неупорядоченное); в - турбулентное
Турбулентное движение является неустановившимся движением.
Турбулентный
режим наблюдается при больших скоростях, когда средняя скорость , при этом происходит интенсивное
перемешивание частиц в потоке жидкости.
Таким
образом, ламинарное движение в трубе имеет место, когда , турбулентное -
.
В
пределах , 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.
Рейнольдc на основании результатов опытов и
использования размерностей физических величин установил, что величина
критической скорости прямо пропорциональна динамической вязкости и обратно пропорциональна плотности жидкости
и диаметру трубы
:
где -
кинематическая вязкость,
;
- безразмерный эмпирический коэффициент,
соответствующий
.
Этот
коэффициент получил название число Рейнольдса.
Нижней
критической скорости соответствует критическое число
, а верхней критической скорости
- число
.
Число
Рейнольдса характеризует режим движения потока в трубе, движущегося со
скоростью
:
. (4.3)
Опыты,
проведенные Рейнольдсом, подтвердили аналитические рассуждения, что ламинарный
режим имеет место при , турбулентный режим, если
.
На
основании опытов Рейнольдса и многочисленных исследований других ученых для
круглых труб критическое число Рейнольдса лежит в пределах . Для практических инженерных расчетов было
принято значение
. Ламинарный режим
устанавливается, когда
, т.е.
, и числу
соответствует
критическая скорость
. Ламинарный режим на практике
наблюдается при движении по трубам вязких жидкостей: минеральных масел,
глицериновых смесей, мазута.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.