Ламинарный и турбулентный режимы течения

Ламинарный и турбулентный режимы течения

Многолетние наблюдения над течением жидкости позволили сделать вывод о том, что в природе существуют два различных вида движения жидкости:

·  во-первых, слоистое упорядоченное движение, при котором отдельные слои жидкости скользят друг относительно друга, не смешиваясь между собой,

·  во-вторых, неупорядоченное движение, при котором частицы жидкости движутся по сложным, постоянно уменьшающимся в поперечном направлении траекториям, и в жидкости происходит интенсивное перемешивание.

Первый вид движения получил название ламинарный от латинского слова lamina (слой, пластинка), а второй вид движения - турбулентный от латинского слова  turbulentus (вихревой).

Вязкие жидкости (масла) движутся большей частью упорядоченно, а маловязкие жидкости (вода, воздух) почти всегда неупорядоченно.

В 1883 году английским физиком О. Рейнольдсом были проведены экспериментальные исследования по визуализации различных режимов течения жидкости.

При малых скоростях движения воды в трубе окрашенная струйка не размывается окружающей ее водой и имеет вид натянутой нити (ламинарный поток).

При увеличении скорости движения воды, окрашенные струйки получают вначале волнистое очертание, а затем почти внезапно исчезают, размываясь по всему сечению трубы и окрашивая всю жидкость. Движение жидкости становится неупорядоченным, отдельные частицы окрашенной жидкости разлетаются во все стороны, сталкиваются друг с другом, ударяются о стенки и т.д., т.е. наблюдается турбулентное движение.

Основная особенность турбулентного движения заключается в наличии поперечных к направлению движения составляющих скорости.

Опыты Рейнольдса показали, что переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при определенной скорости, так называемой критической скорости. Значение числа Рейнольдса, при котором происходит переход от ламинарного движения к турбулентному называют критическим числом Рейнольдса и обозначают Re_КР.

При Re> Re_КР режим движения является турбулентным, при Re< Re_кр - ламинарным.

Величина критического числа Рейнольдса зависит от условий входа в трубу, шероховатости ее стенок, отсутствия или наличия первоначальных возмущений в жидкости, конвективных токов и др.

Наиболее часто в расчетах принимают для критического числа Рейнольдса значение

Re_КР = 2000,

соответствующее переходу движения жидкости из турбулентного в ламинарное; при переходе движения из ламинарного в турбулентное критическое число Рейнольдса имеет большую величину.

Проведенные исследования показывают также, что критическое значение числа Рейнольдса увеличивается в сужающихся трубах и уменьшается