23.Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Число Рейнольдса и его критическое значение

ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости.

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при скорости, меньшей чем та, при которой наблюдается переход от ламинарного движения к турбулентному. Эта скорость называется критической. Рейнольдсом было обнаружено существование двух критических скоростей: одной – при переходе ламинарного режима движения в турбулентный режим, она называется верхней критической скоростью υ_в.кр, другой – при переходе турбулентного режима движения в ламинарный режим, она называется нижней критической скоростью υ_н.кр. Значение верхней критической скорости зависит от внешних условий опыта: постоянства температуры, уровня вибрации установки и т.д. Нижняя критическая скорость в широком диапазоне изменения внешних условий остается практически неизменной. В опытах было показано, что нижняя критическая скорость для потока в цилиндрической трубе круглого сечения пропорциональна кинематической вязкости  и обратно пропорциональна диаметру трубы d: Коэффициент пропорциональности k оказался одинаковым для различных  и d: В честь Рейнольдса этот коэффициент был назван критическим числом Рейнольдса и обозначен Re_кр. Режим движения жидкости определяется безразмерным комплексом: составленным из четырех величин: динамической вязкости , плотности жидкости , характерного геометрического размера живого сечения l и средней скорости потока υ.

Этот комплекс называется числом Рейнольдса и обозначается символом Rе. Физический смысл числа Рейнольдса состоит в том, что оно выражает отношение сил инерции к силам вязкости:

При преобладании сил вязкости – режим ламинарный, при преобладании сил инерции – режим турбулентный.

Многочисленные экспериментальные исследования гидравлических сопротивлений показывают, что между ними и скоростью движения жидкости имеется зависимость h_l = f().

24. Турбулентные потоки. Осредненные скорости и напряжения. 25. Пульсационные со­ставляющие

Отличительной особенностью турбулентного движения жидкости является хаотическое движение частиц в потоке. При этом часто можно наблюдать некоторую закономерность в таком движ. С помощью термогидрометра можно снять кривую скорости. Если выбрать интервал времени достаточной продолжительности, то колебания скорости наблюдаются около некоторого уровня и этот уровень сохраняется постоянным при выборе различных интервалов времени. Величина скорости в данной точке в данный момент времени наз мгновенной скорости. Если выбрать на кривой ско­ростей некоторый ин­тервал времени и провести интегрирование кривой скоростей, а затем найти среднюю величину, то такая величина наз осредненной скорости . Значения составляющих скорости «пульсируют» около некоторых осредненных значений. Рейнольдс предложил рассматривать мгновенные значения параметров турбулентного движения в виде суммы осредненных (во времени) значений и пульсационных составляющих (добавок). При турбулентном движении пульсирующими величинами являются составляющие скорости, нормальные и касательные напряжения . Интервал времени осреднения Т достаточно велик, вследствие чего осредненное значение пульсирующей составляющей не изменяется, если выполнить повторное осреднение. Пульсации мгновенных значений кинематических и динамических параметров обусловливают что в строгом понимании турбулентное движение является неустановившимся.