1.4. Режимы движения жидких сред.

При течении жидкой среды (жидкости) реализуется два режима: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме жидкость течет малой скоростью, отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам канала при этом траектории отдельных частиц не пересекаются, все частицы имеют лишь продольную составляющую скорости.

С увеличением скорости движения потока жидкости картина качественно меняется. Траектории частиц представляют сложные, хаотические кривые, пересекающиеся между собой. Во всех точках потока скорость и давление нерегулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений, возникают поперечные составляющие скорости. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Режим может изменяться с изменением диаметра канала и вязкости жидкости.

Между ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости находится область развития турбулентности. В этой области турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

При турбулентном режиме малые возмущения, возникающие в реальных условиях, не затухают, происходит развитие нерегулярного хаотического движения отдельных объемов среды (вихрей). Вихри не являются устойчивыми, четко ограниченными в пространстве образованиями. Они зарождаются, распадаются на более мелкие вихри, затухают с переходом кинетической энергии в тепловую.

При выполнении расчетов гидравлических сопротивлений, тепловых и массообменных процессов, происходящих в аппаратах и машинах, необходимо знать режимы течения жидкостей, поскольку для ламинарного режима характерны одни закономерности, а для турбулентного другие.

Количественно режим течения определяется по критерию Рейнолдса:

Здесь w-средняя скорость потока, ρ- плотность жидкости, - характерный размер живого сечения потока, - коэффициенты динамической и кинематической вязкости. Для круглой трубы:

0<Re<2320 – ламинарный режим;

2320<Re<10⁴ - происходит развитие турбулентности;

Re>10⁴-развитый турбулентный режим.

Для круглой трубы Re_кр=2320. Для каждого типа движения существует свое критическое число.

1.5. Силы и напряжения, действующие в жидких средах.

Силы, действующие в жидких средах, делятся на массовые и поверхностные.

Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности, отделяющей данный объем от окружающей среды. Поверхностные силы могут быть нормальными (сжимающие и растягивающие), касательного и поверхностного напряжения. Сопротивлением жидкости растягивающим силам можно пренебречь.

P_н

P₀

P_к

P_н- нормальная сила или сила давления,

P_к- касательная сила или сила трения.

Сила P_н создает давление в жидкости:

или - давление в точке.

Где F- площадь.

Гидростатическое давление в точке одинаково по всем направлениям и зависит только от положения точки внутри жидкости, т.е. p=f(x,y,z). Для случая гидродинамики давление в точке определяется как:

Где P_1,2,3- главные нормальные напряжения в точке.

Отношение касательной силы к величине площади, на которую она действует, называется касательным напряжением:

или - касательное напряжение в точке.